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蝎毒有了候选蛋白结合子:Claude自主跑完设计,211个设计里17个在两家实验室都结合

核心概要

Anthropic让内部研究模型Claude在64小时内自主设计针对蝎毒神经毒素的微型结合蛋白,从318484个设计中筛出180个送检,加上团队补充的31个共211个,由Adaptyv Bio与Twist Bioscience实测,17个在两家实验室均达到结合标准。这些结合子只针对重组毒素验证了结合,尚未在细胞或动物中检验中和作用,因此不构成抗蛇毒血清。全部211个设计及其数据已公开。

Source-provided article image: How Claude designed protein binders against scorpion neurotoxins
Anthropic

深度剖析

蝎毒神经毒素第一次有了由AI从头设计、并在两家合同研究实验室同时验证结合的蛋白结合子,靶点覆盖墨西哥、巴西、北非和中东四种蝎种的五种毒素。 此前已有从头设计的蛋白能中和蛇毒神经毒素并保护小鼠,但针对蝎毒神经毒素的从头设计结合子尚未见报道;现有蝎毒抗血清依赖免疫动物,生产周期以月计,且通常只对少数神经毒素有效。 211个设计在Adaptyv Bio(无细胞体系)和Twist Bioscience(人肾细胞中表达为Fc融合体)分别用表面等离子共振测定结合,只有两家都判为命中、每个重复都有结合信号且解离常数不高于1 µM、同时对无关人蛋白CLEC12A无信号的才算结合子,最终17个达标。

设计由Claude在极少人工干预下完成:它自己从蛋白质数据库和AlphaFold数据库挑选毒素结构、为每种毒素选定五个热点残基,并设定质量阈值和过滤规则。 此前的单提示词实验只展示了一次性设计能力,这次改为在64小时内持续运行的设计活动,团队只用四次追加提示引导方向,其中大部分设计包括最强的Cn2-B1是在第三次追加提示之后才选出的。 Claude调用12种设计工具生成318484个设计,剔除与毒素或已知蛋白相似的序列,对553052个设计与毒素配对做共折叠筛选,最终给出180个设计,整个活动约用1万GPU小时。

最强的两个结合子Cn2-B1和Cn2-B2针对墨西哥蝎Centruroides noxius的Cn2毒素,在两家实验室都测得个位数纳摩尔的亲和力。 抗体和纳米抗体仍是从头设计的对标标准,已有三个分子对Cn2或AaH II报道的亲和力低于1 nM,并显示能保护小鼠免受蝎毒侵害。 竞争实验显示这两个结合子与抗体LR结合在Cn2上相同或邻近的表位,而LR的表位覆盖Cn2附着钠通道的区域;但这两个结合子尚未在细胞环境或活体动物中测试。

启示与展望

结果限于与实验室重组毒素的结合,未在细胞中检验中和作用,也未在活体动物中检验保护效果,因此不宣称已做出抗蛇毒血清。若要推进一个设计,原文给出的路径是先确认它能结合从毒液中纯化的毒素,再用膜片钳记录评估其是否阻断毒素对钠通道的作用,随后在小鼠中检验保护效果。全部211个设计、预测结构、评分和实验数据已公开,供其他研究者在此基础上继续工作。

最强的Cn2-B1和Cn2-B2只做了竞争实验,与LR共享表位提示可能中和Cn2,但这一推断尚未经细胞或动物实验证实。多毒素设计没有一个对一种以上毒素达标,原文列出提示方式、现有设计工具的能力以及多毒素设计本身的生物学可行性等多种可能解释,未作定论。结合数据仅针对重组毒素,而非从毒液中纯化的毒素。