کلود یک سیستم آنزیمی جدید با تکرارهای CRISPR مانند کشف می کند

ما در حال معرفی یک گروه و آزمایشگاه جدید علوم زیستی در Anthropic هستیم. تمرکز ما بر روی تحقیقات زیست‌شناسی بنیادی با استفاده از کلود است: کاوش مجموعه داده‌های DNA برای شناسایی خانواده‌های پروتئینی نامشخص، ایجاد فرضیه‌ها در مقیاس، و آزمایش آنها از طریق آزمایش‌ها در آزمایشگاه. این پست تیم پشت این کار را معرفی می‌کند و نتایج اولیه‌ای را به اشتراک می‌گذارد که در آن کلود یک سیستم آنزیمی جدید با ویژگی‌هایی شبیه CRISPR را کشف کرد و تنها با هدایت سطح بالا از دانشمندان ما.

بسیاری از اکتشافاتی که زیست شناسی و پزشکی را متحول کرده اند با توجه دانشمندی به چیز عجیبی در تنوع خیره کننده ماشین های مولکولی موجود در طبیعت آغاز شد. آنزیم‌های محدودکننده، پروتئین‌هایی که DNA را در توالی‌های کوتاه خاص برش می‌دهند، در سیستم ایمنی باکتریایی یافت شدند، جایی که DNA ویروس‌های مهاجم را از بین می‌برند. محققان دریافتند که می‌توانند از این آنزیم‌ها برای برش DNA در مکان‌های انتخابی و اتصال ژن‌ها از یک موجود به موجود دیگر استفاده کنند که صنعت بیوتکنولوژی را راه‌اندازی کرد.

Taq polymerase، آنزیمی که DNA را در دماهای بالا کپی می‌کند، در یک باکتری در چشمه‌های یلوستون شناسایی شد. این روش پایه ای برای PCR شد، روش کپی DNA که در بسیاری از تشخیص های مدرن استفاده می شود. CRISPR ابتدا به عنوان یک توالی تکرار غیرعادی در DNA برخی باکتری ها مورد توجه قرار گرفت و اکنون پایه و اساس داروهای مبتنی بر ویرایش ژن است. در بهار سال 2026، ما یک گروه تحقیقاتی تشکیل دادیم تا ببینیم آیا مدل‌های هوش مصنوعی عمومی می‌توانند چنین اکتشافاتی را سیستم‌بندی و تسریع کنند یا خیر.

ما بر این باوریم که این شتاب ناشی از ایجاد روش جدیدی برای انجام تحقیقات زیست‌شناسی است که در آن عوامل در هر مرحله از فرآیند با انسان‌ها همکاری می‌کنند. توسعه این روش جدید کار مستلزم ساخت آزمایشگاه خود و یک تیم واحد بود که روی همه چیز از آموزش کلود در زیست‌شناسی گرفته تا اجرای آزمایش‌ها در آزمایشگاه کار می‌کرد.

امروز، ما نتایج اولیه یکی از اولین برنامه های تحقیقاتی خود را به اشتراک می گذاریم، که در آن کلود به طور مستقل یک سیستم آنزیمی جدید را کشف کرد که با مجموعه ای از تکرارهای DNA مرتبط است، الگویی که یادآور CRISPR است. اگرچه ما هنوز عملکرد آن را نمی دانیم، سیستمی که کلود کشف کرد دارای مجموعه ای از خصوصیات است که تنها در تعداد انگشت شماری از سیستم های دیگر با هم یافت شده اند، که همه آنها قابل برنامه ریزی هستند و عملیات هایی مانند برش، کپی و چسباندن DNA را انجام می دهند.

فراتر از CRISPR، که قبلا علم و پزشکی را متحول کرده است، چندین سیستم دیگر از این قبیل اکنون به عنوان ابزارهای امیدوارکننده در حال توسعه هستند.

سیستمی که کلود پیدا کرد مبتنی بر یک رونوشت معکوس (RT) است، آنزیم هایی که RNA را به DNA کپی می کنند. در حالی که این RT زمینه‌ای که در یک فاژ جامبو یافت شده بود، در مطالعات قبلی شناسایی شده بود، به نظر می‌رسد کلود اولین کسی بود که متوجه ویژگی‌های تعیین‌کننده سیستم شد - آرایه‌ای مرتبط از توالی‌های DNA غیرکدکننده و یک پروتئین اضافی با عملکرد ناشناخته.

پس از بررسی پیش چاپ، فنگ ژانگ، یکی از پیشگامان ویرایش ژنوم CRISPR و استاد دانشگاه MIT و موسسه Broad گفت:

ما به کلود دستور دادیم تا در پایگاه داده عظیمی از توالی های DNA برای نمونه های جدید جالبی از RT ها جستجو کند. مشارکت ما محدود به درخواست اولیه و کار آزمایشگاهی بود، در حالی که عوامل کلود پایگاه داده را بررسی کردند، خانواده های متمایز RT را بررسی کردند و از قضاوت خود برای شناسایی نامزدهای جالب استفاده کردند. پس از 21 ساعت جستجوی این داده ها توسط تقریبا 950 عامل با استفاده از 210 میلیون توکن، یکی از عوامل چیزی قابل توجه را مشاهده کرد: یک الگوی تکرار شونده از توالی های DNA که در کنار ژن برای یک RT عجیب و غریب رخ می دهد.

پس از تجزیه و تحلیل و آزمایش بیشتر در آزمایشگاه، ما تشخیص دادیم که این الگو یک سیستم آنزیمی که قبلا مشخص نشده بود در باکتریوفاژها (ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند) که ما رونوشت‌های معکوس مرتبط با آرایه (ART) می‌نامیم را نشان می‌دهد.

کار ما برای درک عملکرد اصلی هنرها ادامه دارد. با این حال، ما فکر می‌کنیم که مهم است که چنین یافته‌هایی را زودتر به اشتراک بگذاریم، هم برای نشان دادن توانایی‌های کلود و هم برای دادن بینش به جامعه گسترده‌تر از آنچه روی آن کار می‌کنیم. ما یک پیش چاپ ( اینجا ) منتشر کرده ایم که این موضوع را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می دهد.

ما تیمی از دانشمندان هستیم که کار خود را صرف کاوش در پروتئین‌های غیرمعمول کرده‌ایم و در استفاده از رویکردهای محاسباتی برای خواندن سیستماتیک DNA، تفسیر تکامل آن، و انتخاب سیستم‌های بیولوژیکی برای توصیف بیشتر تخصص داریم. تحقیقات ما قبل از پیوستن به Anthropic به درک بهتر تکامل و تنظیم سیستم‌های CRISPR، کشف آنزیم‌های جدید برای سلول‌های نسل بعدی و ژن درمانی و ساخت ابزارهایی برای تسریع در شناسایی ناهنجاری‌ها در DNA، مانند انواع بیماری‌زای انسانی، کمک کرده است.

ما بخشی از سازمان علوم زیستی آنتروپیک هستیم، در کنار تیم هایی که کارشان شامل کشف دارو، و آموزش کلود در زیست شناسی و شیمی است.

آزمایشگاه ما، واقع در منطقه خلیج، شبیه یک آزمایشگاه بیولوژی مولکولی معمولی است. ما تحقیقاتی انجام می‌دهیم که فقط سطوح پایین‌تر سطح خطر ایمنی زیستی (BSL-1 و BSL-2) را شامل می‌شود و با پاتوژن‌هایی که می‌توانند انسان را آلوده کنند، مقابله نمی‌کنیم. تمام کارهای آزمایشگاهی توسط دانشمندان انسانی انجام می شود. اگرچه ما با استفاده از هوش مصنوعی برای تسریع در کار آزمایشگاهی با ابتکاراتی مانند استاندارد سخت افزار مدل آزمایش کرده‌ایم، این رویکرد برای نوعی از جریان‌های کاری موقتی که در تحقیقات زیست‌شناسی مولکولی ما دخیل هستند، کمتر مفید است.

بسیاری از گردش‌های کاری ما شامل جستجوی کلود از طریق مجموعه وسیعی از توالی‌های DNA مرتبط با پروتئین‌های بدون عملکرد شناخته شده است. یک الگوی معمولی با بررسی یک خانواده پروتئین مشخص شروع می شود. کلود ادبیات مربوطه را می خواند و نتایج ثابت شده را از داده های عمومی برای بررسی روش های آن بازتولید می کند. سپس اعضای خانواده یا همسایگان ژنومی را جستجو می کند که با هیچ سیستم توصیفی مطابقت ندارند، و یک گزارش کوتاه و قابل خواندن توسط انسان برای هر نامزد می نویسد که عملکردی را پیشنهاد می کند و شواهدی را که ادعاهای خود را تأیید می کند، توصیف می کند.

در تجزیه و تحلیل های بعدی، کلود شواهد را به طور انتقادی ارزیابی می کند - معمولا اکثر نامزدها در این مرحله حذف می شوند. یک نظرسنجی ممکن است با یک نامزد واحد که ارزش آزمایش را داشته باشد یا با هیچ یک به پایان برسد.

هنگامی که یک نامزد از بررسی ما جان سالم به در می‌برد، آن را در آزمایشگاه آزمایش می‌کنیم، پروتئین را در سویه‌های آزمایشگاهی استاندارد بیان می‌کنیم و آن را از نظر بیوشیمیایی و ساختاری مشخص می‌کنیم و کلود به تفسیر داده‌ها کمک می‌کند. ما کار خود را در Claude Science و Claude Code انجام می‌دهیم، همان ابزارهایی که در دسترس هر دانشمندی است، و گاهی اوقات با مهاری از خودمان که بسیاری از جلسات کلود را به‌طور موازی هماهنگ می‌کند.

از آنجا که کلود فرضیه ها را بسیار پربار تولید می کند، خود فرضیه ها برای ما موضوع مطالعه شده اند. با صدها تا هزاران گزارش نامزد از یک کمپین، ما می‌پرسیدیم که چه چیزی پیشنهادهایی را که ارزیابی می‌کنیم ارزش آزمایش را دارند از پیشنهادهایی که کنار گذاشته‌ایم متمایز می‌کند. آنچه یاد می گیریم به دستورالعمل هایی که به کلود می دهیم برمی گردد و به آن می آموزد که ذائقه علمی خودمان را تقلید کند.

در چند سال گذشته، محققان بسیاری از ترانس کریپتازهای معکوس (RTs) را کشف کرده اند که بیشتر آنها در باکتری ها هستند، جایی که به عنوان بخشی از سیستم ایمنی عمل می کنند. تقریبا همه خانواده‌های RT با تجزیه و تحلیل ژنومی یا استخراج ژنوم پیدا شدند، که محققان را ملزم می‌کند تا در پایگاه‌های اطلاعاتی توالی ژن‌هایی را جستجو کنند که هیچ‌کس آن‌ها را مشخص نکرده است، به موارد غیرمعمول توجه کنند و کارشان را بررسی کنند.

عوامل کلود بیش از 200000 RT جمع آوری کردند، 3500 سیستم نامزد جدید را انتخاب کردند و آن ها را به 20 نامزد قانع کننده که تجزیه و تحلیل کردند برای تولید گزارش های قابل خواندن برای انسان محدود کردند. برای یک دانشمند متخصص، این نوع تجزیه و تحلیل می تواند هفته ها تا ماه ها کار کند.

کلود در طول تحقیقات خود متوجه یک خانواده غیرعادی RT شد و تصمیم گرفت آن را با جزئیات بیشتری بررسی کند. هنگام بررسی توالی DNA خام در نزدیکی RT، عامل فریاد زد: "[DNA در کنار RT] دیدنی است: من می توانم با چشم یک آرایه تکرار پشت سر هم ببینم ... این یک آرایه تکراری CRISPR است؟"

سپس مانند یک دانشمند انسانی که با یک کشف بالقوه روبرو می شود، پیش رفت. این تکرارها را شمارش کرد و فاصله آنها را اندازه گرفت، طرح را با سیستم های شناخته شده RT مقایسه کرد، و ادبیات را برای هر گزارش قبلی از الگو جستجو کرد. پس از تجزیه و تحلیل کامل، متقاعد شد که یک سیستم بیولوژیکی جدید پیدا کرده است، و گزارشی را برای بررسی انسانی ارائه کرد.

سیستمی که کشف کرد، ART، عمدتا در باکتریوفاژها یافت می‌شود و از سه بخش تشکیل شده است: RT، یک ژن شریک در کنار آن، و مجموعه‌ای طولانی از توالی‌های تکرار DNA با فاصله یکسان. طرح تکرار شبیه یک آرایه CRISPR است که بانکی از توالی های مختلف RNA را در خود جای داده است که سیستم های CRISPR-Cas را به ابزارهای بیوتکنولوژیکی قابل برنامه ریزی تبدیل می کند. اولین آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که آرایه ART نیز به عنوان مجموعه‌ای از RNA‌های کوتاه متمایز بیان می‌شود، که نشان می‌دهد ممکن است چیزی مشابه برای این سیستم در بازی باشد.

آزمایش‌های بیشتری برای تعیین نحوه عملکرد ART در حال انجام است و ما این یافته‌های اولیه را به اشتراک می‌گذاریم تا به جامعه نشان دهیم که کلود می‌تواند به طور مستقل ناهنجاری‌ها را تشخیص دهد و تجزیه و تحلیل‌ها را برای آغاز اکتشافات بیولوژیکی هدایت کند.

جزئیات بیشتر را می توانید در گزارش فنی ما ( اینجا ) بیابید.

امیدواریم این کار ارزش تولید فرضیه مبتنی بر هوش مصنوعی را برای جامعه علمی گسترده‌تر نشان دهد، و مایلیم با دانشمندان دیگر همکاری کنیم تا این رویکرد را به طیف وسیعی از مشکلات، در ژنومیک و سایر زمینه‌ها گسترش دهیم. اگر پیشنهادی برای یک سوال تحقیقاتی دارید، مایلیم از شما بشنویم.