- 科學家首次繪製出與細菌生命相關的保險庫顆粒的三維結構。
- 新的發現顯示細菌和噬菌體中存在相似的結構。
- 研究顯示蛋白質的重複可能影響保險庫的進化。
- 雖然有結構突破，保險庫顆粒的實際功能仍未確定。
科學家已經繪製出與細菌生命相關的「保險庫顆粒」的首個三維結構，揭示了這些神秘蛋白質組合中一個先前未被探索的分支。這項發現可能為研究人員提供了一種更簡單的方法來研究人類細胞中發現的結構。Anthropic 的生物研究團隊在調查過程中全程使用 Claude，從識別有前景的蛋白質到重建其分子架構。保險庫顆粒令生物學家困惑了近四十年。儘管它們的體積巨大且廣泛存在於複雜的生物體中，研究人員仍然無法解釋其生物學用途。
細菌與噬菌體的結構相似性
新的發現顯示相關的蛋白質可以在細菌和噬菌體中組合成類似的結構。這項發現可能有助於科學家追溯其進化歷史並瞭解它們在活細胞中的角色。
1986 年，倫納德·羅姆和南希·凱德沙首次識別保險庫顆粒。這些中空的桶狀結構是人類細胞中最大的蛋白質複合體之一。哺乳動物的保險庫包含 78 份主要蛋白質，排列成兩個對稱的半部分。儘管經過數十年的研究，其生物學目的仍然不明。研究人員提出了在細胞運輸、藥物抵抗和免疫防禦中的角色。然而，實驗尚未確立這些功能。這些結構也出現在進化樹的許多部分。它們在從變形蟲到人類的生物體中的存在表明其具有重要的生物學角色。
然而，研究人員在研究這些顆粒時遇到了困難，因為常見的實驗室生物缺乏保險庫顆粒。
Anthropic 的團隊檢索了約 150 億個預測的蛋白質序列，以尋找遠親。這次搜索確定了 29 個主要細菌羣體和四個古細菌羣體中的潛在保險庫蛋白。研究人員選擇了 44 個候選者進行實驗室測試。在細菌保險庫內，實驗顯示 15 個成功產生的蛋白質中，有七個組裝成保險庫狀顆粒。低溫電子顯微鏡技術確認了四個候選者的結構。其中兩個來自細菌，而另外兩個來自噬菌體。研究人員選擇了一種名為 L05 的噬菌體衍生蛋白進行詳細的結構分析。
噬菌體是感染細菌並利用其細胞機制的病毒。L05 蛋白組裝成一個完整的結構，包含 96 份自身。最終產生的顆粒長約 54 納米，寬約 45 納米。其結合的分子質量約為 9.5 兆道爾頓。儘管其長度較短，但該結構的封閉體積比哺乳動物的保險庫多出約 25%。
新技術縮短純化時間
研究人員還對蛋白質進行了修改，以調查這些結構如何增長。添加兩個重複片段產生了一個更大的顆粒。其封閉體積增加了約 20%。這些實驗表明，蛋白質的重複可能有助於保險庫的進化出不同的大小。這些實驗還揭示了小的結構變化如何阻止顆粒正確封閉。Claude 在整個研究過程中發揮了重要作用，包括蛋白質搜索、DNA 設計、純化和顯微鏡分析。一項重要突破是簡化了顆粒分離過程。
傳統的純化方法需要大約三天，團隊開發了一種基於色譜的方法，將這一過程縮短至約 90 分鐘。Claude 幫助識別合適的設備並優化實驗程序。
研究人員還使用 Claude 處理低溫電子顯微鏡數據。他們的第一個完整結構模型在 34 小時內出現，而傳統分析可能需要幾周的時間。然而，該項目暴露了增長的同時也存在的限制。一項實驗方案引入了一種幹擾 DNA 傳遞的添加劑，導致研究延遲了兩週。Claude 也在跳過標準處理步驟後產生了一個不準確的結構圖。研究人員最終通過更密切的監督來糾正這些問題。他們還將實驗室觀察結果與 Claude 的開發團隊分享，以改善未來的性能。
儘管這一結構突破，核心謎題仍未解決。研究人員尚未確定保險庫顆粒在活生物體內的實際功能。倫納德·羅姆，最初的發現者之一，將這一問題描述為極具挑戰性。新的發現為回答這一問題提供了另一條途徑，但大部分生物學仍然未被探索。
項目 規格 L05 蛋白質結構長度 約 54 納米 結構寬度 約 45 納米 分子質量 約 9.5 兆道爾頓
保險庫顆粒的生物學意義仍待探索
保險庫顆粒的結構研究揭示了其在細菌及噬菌體中的重要性，並可能有助於理解其進化歷史。雖然新技術的應用顯著提高了研究效率，但核心問題仍然存在，即保險庫顆粒在活細胞中的具體功能尚未確定。這項研究不僅為未來的生物學研究提供了新的視角，也突顯了保險庫顆粒在生物體內可能扮演的重要角色，值得科學界進一步探討。