Anthropic, bakteriyofaj kaynaklı vault parçacığının 3 boyutlu yapısını ilk kez analiz etti

Anthropic, Claude’un yardımıyla bakteriyofaj kaynaklı proteinlerden oluşturulan bir vault parçacığının 3 boyutlu yapısını analiz etti. Parçacık laboratuvarda Escherichia coli bakterisinde üretildi; aynı yapının doğal konakçılarda oluşup oluşmadığı test edilmedi.

Anthropic, 4’ünde yayımladığı resmi araştırma duyurusunda araştırmacıların prokaryot proteinlerinden oluşturulan vault parçacığının yapısını ilk kez analiz ettiğini bildirdi. Çalışma parçacığın yapısını ortaya koydu ancak biyolojik rolünü belirlemedi.

Araştırmacılar parçacıkları kriyo-elektron mikroskobuyla inceledi. Birden fazla parçacığı hızla dondurup görüntüledikten sonra bu görüntüleri birleştirerek tek bir 3 boyutlu yapı oluşturdular.

Vault, içi boş bir protein kabuğudur ve ilk kez 1986’da izole edilmiştir. Hücre içinde madde taşıdığı, hücreyi toksik maddelerden koruduğu veya doğuştan gelen bağışıklığa yardımcı olduğu öne sürülse de işlevi kesin olarak belirlenmiş değildir. Memelilerdeki vault, iki yarı oluşturan 78 ana proteinden meydana gelir.

Araştırmacılar, yaklaşık 15 milyar tahminî protein içeren bir veri tabanında vault’a benzeyen proteinleri aradı. İlgili proteinler bakterilerin 29 ana grubunda ve arkelerin 4 grubunda bulundu; ancak genomu analiz edilen türlerin yüzde 1’inden azında tespit edildi.

Ekip, 44 aday proteini seçerek önce hücre dışında test etti. Bunlardan en umut verici 24’ünü canlı E. coli bakterilerinde ifade ettirdi ve 15’inin suda çözünebilen proteinler ürettiğini gördü.

Elektron mikroskobu incelemesinde bu 15 proteinin 7’sinin vault benzeri parçacıklar hâlinde bir araya geldiği görüldü. Kriyo-elektron mikroskobunda bunların 4’ünün vault biçiminde olduğu doğrulandı; bu grupta bakteriyofaj kaynaklı 2, bakteri kaynaklı 2 protein vardı. Araştırmacılar, kapalı parçacıkları daha iyi oluşturan bakteriyofaj kaynaklı L05’i ayrıntılı inceleme için seçti.

L05 parçacığı 96 proteinden oluşuyor; her bir yarısında 48 protein bulunuyor. Yaklaşık 9,5 megadalton kütleye sahip parçacığın uzunluğu yaklaşık 54 nanometre, genişliği ise yaklaşık 45 nanometre. Memeli vault’unun boyutu yaklaşık 67’ye 40 nanometre.

Araştırmacılara göre L05 parçacığı memeli vault’undan daha kısa, ancak daha yuvarlak olduğu için iç hacmi yaklaşık yüzde 25 daha büyük. L05 proteinindeki tekrar bölgelerinin sayısı 7; memeli vault proteininde ise 9.

Ekip, L05 proteinine 2 tekrar bölgesi daha ekleyerek değiştirilmiş parçacıklar da üretti. Bu parçacıkların iç hacmi yaklaşık yüzde 20 arttı. Yapı değişikliğine yönelik bu deney, parçacığın biyolojik işlevini doğrulamadı.

Yapı haritasında, 96 L05 proteininin her birinin bir bölümünde küçük bir moleküle ait olabilecek yoğunluk görüldü. Araştırmacılar maddenin ne olduğunu belirleyemedi. Anthropic, Claude’un şekli koenzim A’ya benzettiğini bildirdi.

Claude; protein veri tabanında arama, DNA tasarımı, parçacıkları ayırma yönteminin iyileştirilmesi ve mikroskopi verilerinin işlenmesi aşamalarında kullanıldı. Deneylerin yönünü ve analiz kararlarını araştırmacılar denetledi.

Vault parçacıklarını ayırmak için kullanılan eski yöntem, numunelerin farklı yoğunluklardaki şeker çözeltilerinde yaklaşık 3 gün işlenmesini gerektiriyordu. Araştırmacılar boyut dışlama kromatografisini optimize ederek E. coli hücrelerinden mikroskopta incelenecek numuneyi elde etme süresini yaklaşık 90 dakikaya indirdi.

Araştırma ekibi, ilk tam yapı modelinin veri işleme başladıktan 34 saat sonra elde edildiğini, nihai haritanın ise yaklaşık bir haftada tamamlandığını açıkladı. Geleneksel yöntemle yapı analizinin haftalar ila aylar sürebileceği yönündeki karşılaştırma, ekibin tahminine dayanıyor.

Araştırma sırasında Claude’un önerdiği bir besiyeri bileşeni, DNA’nın hücreye aktarılmasını engelleyerek çalışmayı 2 hafta geciktirdi. İlk mikroskopi verisi işleme aşamasında standart adımlardan biri atlandığı için yönlerin karıştığı bir harita ortaya çıktı; araştırmacılar hatayı tespit edip düzeltti.

Anthropic araştırma danışmanı Leonard Rome, “Vault’un işlevini ortaya çıkarmak hâlâ çok zor” dedi. Yapının belirlenmiş olması, parçacığın rolünün de açıklığa kavuştuğu anlamına gelmiyor. Anthropic, enzim taşımaya yönelik nanokapsüller gibi olası uygulamalardan söz etti ancak bu çalışmada herhangi bir kullanım alanını doğrulamadı. Araştırma sonuçları bioRxiv’e sunuldu; ekip yapıyı ve ek verileri yayımlayacağını bildirdi.