Anthropic bepaalt met AI voor het eerst de vorm van een raadselachtig eiwitomhulsel uit de bacteriewereld

In de cellen van mensen en veel andere organismen met complexe cellen zitten grote, holle eiwitomhulsels waarvan niemand precies weet wat ze doen. Ze heten vaults, Engels voor gewelven: hun geribbelde vorm deed de ontdekkers denken aan het plafond van een kathedraal.

Het biologieteam van AI-bedrijf Anthropic heeft nu met hulp van zijn AI-assistent Claude voor het eerst de 3D-vorm bepaald van een vault uit eencellige organismen zonder celkern, zoals bacteriën. Het team maakte het omhulsel in de veelgebruikte labbacterie E. coli, met een eiwit van een bacteriofaag: een virus dat bacteriën infecteert. Anthropic maakte de resultaten op 4 november 2026 bekend.

Veertig jaar een raadsel

Leonard Rome en Nancy Kedersha ontdekten vaults in 1986. Bij zoogdieren bestaat het omhulsel uit 78 kopieën van hetzelfde eiwit, verdeeld over twee gelijke helften. Onderzoekers hebben voorgesteld dat vaults moleculen vervoeren tussen de celkern en de rest van de cel, cellen beschermen tegen giftige stoffen of de afweer ondersteunen. Geen van die ideeën is bevestigd. Muizen zonder vaults leven gewoon, wat erop kan wijzen dat vaults alleen onder bepaalde omstandigheden nodig zijn.

Zoeken in 15 miljard eiwitten

Het team zocht naar familieleden van het vault-eiwit in eenvoudiger organismen. Het doorzocht met Claude Science, de werkomgeving van Anthropic voor onderzoekers, een databank met ongeveer 15 miljard voorspelde eiwitten. Familieleden bleken voor te komen in 29 grote groepen bacteriën en vier grote groepen archaea: eencellige organismen zonder celkern die op bacteriën lijken, maar een eigen tak van het leven vormen. Toch zaten ze in minder dan 1 procent van de soorten waarvan het erfelijk materiaal bekend is.

Van 44 gekozen eiwitten testten de onderzoekers eerst in een buisje, zonder levende cellen, welke goed werden aangemaakt. De beste 24 gingen door naar E. coli. Bij 15 daarvan bleef het eiwit netjes opgelost in plaats van samen te klonteren. Zeven van die 15 vormden omhulsels die op vaults leken. Met cryo-elektronenmicroscopie bevestigde het team de vorm van vier: twee met eiwitten uit bacteriën en twee met eiwitten uit bacteriofagen. Bij die techniek worden monsters razendsnel ingevroren en met een elektronenbundel gefotografeerd; uit duizenden beelden van losse omhulsels rekent de computer een 3D-beeld uit.

Ronder en ruimer

Voor het gedetailleerde onderzoek koos het team een eiwit uit een bacteriofaag, omdat dat veel complete, gesloten omhulsels vormde. Dit omhulsel bestaat uit 96 kopieën van hetzelfde eiwit, tegen 78 bij zoogdieren. Het is ongeveer 54 nanometer lang en 45 nanometer breed; ruim 20.000 van die omhulsels passen naast elkaar op een millimeter. Een vault van een zoogdier is ongeveer 67 bij 40 nanometer. Het nieuwe omhulsel is dus korter, maar breder en heeft vlakkere uiteinden. Daardoor omsluit het volgens Anthropic ongeveer 25 procent meer ruimte.

In elk eiwit zit een kleine holte met een klein molecuul erin dat nog niet is herkend. Claude merkte op dat de vorm lijkt op co-enzym A, een veelvoorkomend hulpmolecuul in cellen. Dat is een aanwijzing voor vervolgonderzoek, nog geen vaststelling.

Het team maakte ook 15 aangepaste versies van het eiwit, vooral met veranderingen op plekken waar naburige eiwitten elkaar raken. Sommige veranderingen bij de uiteinden zorgden ervoor dat het omhulsel niet meer dichtging: er ontstonden open deeltjes in de vorm van een rozet. Dat laat zien dat juist dat deel nodig is om het omhulsel te sluiten.

Het deel van het eiwit dat de wand vormt, bestaat uit zeven herhaalde stukken; bij zoogdieren zijn het er negen. Toen de onderzoekers twee stukken verdubbelden, tot negen, ontstond een groter omhulsel met ongeveer 20 procent meer binnenruimte. Volgens de onderzoekers kan dat verklaren hoe vaults in de loop van de evolutie van grootte veranderden. Ze denken ook aan toepassingen, zoals kleine capsules die enzymen afleveren. Dat is een volgende stap die nog moet worden onderzocht.

Het is een andere manier van werken dan bij BioEmu-2 van Microsoft, een AI-model dat voorspelt welke vormen een eiwit kan aannemen. Daar rekent AI de vorm uit. Hier werd de vorm gemeten met de microscoop, en hielp Claude bij de experimenten en het uitwerken van de beelden.

Wat Claude deed

Claude hielp bij het zoeken naar eiwitten, het ontwerpen van DNA en het zuiveren van de omhulsels: ze scheiden van de rest van de cel. De gebruikelijke methode, waarbij de deeltjes in een centrifuge door een suikeroplossing worden gesorteerd, duurt ongeveer drie dagen. Het team liet de celinhoud in plaats daarvan door een buis met poreuze korreltjes lopen. Kleine moleculen dwalen door de gaatjes en komen later uit de buis, grote omhulsels lopen er snel doorheen. Zo was in ongeveer 90 minuten een monster klaar voor de microscoop.

Claude was eerst tegen die aanpak, omdat samengeklonterd eiwit op hetzelfde moment uit de buis komt en dus niet van de omhulsels te scheiden is. Toen het team toch doorzette, raadde Claude een geschikte buis aan en stelde voor de inhoud van opengebroken cellen direct in de buis te doen. Het team twijfelde vanwege de kosten en de kans op verstopping, maar het werkte.

Bij de analyse van de microscoopbeelden stuurde Claude zelf de verwerking aan, met het vrij beschikbare programma RELION. De onderzoekers adviseerden bij de keuzes. Een eerste volledig model van de bouw lag er na 34 uur, de definitieve 3D-beelden na ongeveer een week. Volgens het team kost dat werk normaal weken. Voor die analyse draaiden wel honderden grafische processors tegelijk, meer rekenkracht dan veel universiteiten hebben. Het meeste andere werk kan volgens Anthropic ook in een gewoon lab, met de bestaande Claude-producten. Het hele project duurde minder dan vier maanden.

Fouten en lessen

Claude maakte ook fouten. Een door Claude geschreven werkvoorschrift bevatte een toevoeging aan de kweekvloeistof die het opnemen van DNA door de bacteriën belemmerde. Dat kostte het project ongeveer twee weken. Bij een vroege analyse sloeg Claude een standaardstap over, waardoor een 3D-beeld ontstond dat vermengd was met zijn eigen spiegelbeeld. De onderzoekers vroegen Claude daarna niet meer te improviseren en de standaardprocedures te volgen, tenzij die niet werken.

Het team deelde zijn labaantekeningen met de onderzoekers die Claude trainen. Volgens Anthropic werd Claude beter in deze taken naarmate er tijdens het project nieuwere modellen uitkwamen.

Wat nog onderzocht wordt

De omhulsels zijn tot nu toe alleen in E. coli gemaakt. Het team gaat testen of ze zich ook vormen in de bacteriën en bacteriofagen waar de eiwitten van nature in voorkomen, en wat ze daar doen. Leonard Rome, die het team adviseerde en daarvoor werd betaald, noemt het vinden van die functie een enorme uitdaging. Hij houdt het voor mogelijk dat vaults overal dezelfde taak hebben, maar ook dat ze in verschillende organismen verschillende taken hebben gekregen.

Het onderzoeksverslag is ingediend bij bioRxiv, een platform voor wetenschappelijke artikelen die nog niet door vakgenoten zijn beoordeeld. Anthropic wil de 3D-beelden en meer gegevens binnenkort vrijgeven, zodat andere onderzoekers ermee verder kunnen.

Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?

Dit is een voorbeeld van AI die meewerkt aan bijna elke stap van een biologisch experiment, van zoeken in 15 miljard eiwitten tot het uitwerken van microscoopbeelden. Een eerste 3D-model in 34 uur, waar het team normaal weken voor rekent, geeft een idee van hoeveel sneller basisonderzoek kan gaan. De fouten laten zien dat de onderzoekers het werk blijven sturen. Tegelijk werd Claude volgens Anthropic al tijdens dit project beter, naarmate er nieuwere versies kwamen. Omdat het meeste werk ook in een gewoon lab kan, kunnen straks meer onderzoeksgroepen zo werken. De volgende stap is uitzoeken wat deze omhulsels in de natuur doen en of ze als kleine capsules bruikbaar worden.

Wat is de technologische singulariteit? Lees de uitleg →