클로드 단백질 설계 및 분석 화학 기능

TL;DR

애너트릭은 클로드 모델이 자율적으로 고친화도 단백질 결합체를 설계하고 원시 화학 데이터를 자동 분석함으로써 생명과학 연구를 크게 가속화할 수 있음을 입증했다. 단백질 설계 분야에서 클로드는 10~~15%의 산업 평균을 넘어서는 22%~~35%의 히트율을 달성했으며, 분석 화학 분야에서는 클로드 오퍼스 5가 원시 NMR 및 LC-MS 파일을 25분 이내에 처리해 전문 계약 연구소의 정확도와 동일한 결과를 도출했다.

자율적 단백질 결합체 설계

클로드 모델은 최소한의 인간 개입으로 de novo 단백질 설계 캠페인을 수행할 수 있으며, 이로써 이전에 발표된 최고 수준의 결과와 비슷하거나 이를 초월하는 결합력을 가진 결합체를 생성한다.

성능 및 히트율

애너트릭은 클로드 오퍼스 4.8과 마이스토스 프리뷰를 조합하여 15개 타겟에 대해 모델을 테스트했다. 이 모델들은 14개 타겟에 대해 결합체를 성공적으로 설계했다.

히트율: 다중 타겟 48시간 세션에서 마이스토스 프리뷰와 오퍼스 4.8은 각각 26.7%, 22.6%의 전반적인 히트율을 기록했다. 마이스토스 프리뷰가 개별 타겟에 집중하여 24시간 세션을 진행할 때 히트율은 35.1%로 증가했다.
비교: 이러한 결과는 현재 단백질 설계 캠페인에서 일반적으로 관찰되는 10~15%의 히트율을 크게 상회한다.
결합력: 클로드는 최소 6개 타겟에 대해 고결합력 결합체($K_D < 10$ nM)를 생성했으며, 최소 4개 타겟에서는 기존에 보고된 최고 결합력과 동일하거나 이를 초월했다.

타겟별 성공 사례 및 한계

클로드는 다양한 단백질 구조에서 특화된 능력을 보였다:

RBX1: 마이스토스 프리뷰(단일 타겟 모드)는 40%의 히트율을 달성했으며, 아다프티브 바이오 경진대회에서 인간 참가자들의 3.7% 히트율과 비교해 뛰어난 성과를 보였다. 최고 수준의 설계는 우승한 인간 참가자의 결과를 초월했다.
TNFα: 마이스토스 프리뷰는 실패했지만, 오퍼스 4.8은 이 도전적인 다량체 타겟에 대해 결합체를 성공적으로 설계했으며, 인간, 카이모글루스 원숭이, 쥐 TNFα 모두에 결합하는 종 간 반응성 결합체도 생성했다.
β-시트: 클로드는 6개 타겟에 대해 최소 20% 이상의 β-사슬을 포함한 15개의 확인된 결합체를 설계했으며, 표준 α-나선을 넘어서는 복잡한 2차 구조에 대한 추론 능력을 보였다.
도전 과제: 클로드는 표면이 매끄러운 말토스 결합 단백질(MBP)에서는 어려움을 겪었으며, de novo 설계된 β-바렐 단백질 BBF-14에 대해서도 제한된 성공을 거두었다.

기술적 실행

클로드는 "클로드 사이언스" 내에서 자율적으로 작동하며 기존 오픈소스 구조 설계, 서열 설계, 공접합 모델을 조율했다. 모델은 전체 파이프라인을 처리했다: 타겟 사이트 선택, 후보 구조 생성, in silico 최적화 수행, 용해도 및 발현 여부 스크리닝. 인간의 유일한 개입은 네트워크/코드 실행 승인을 부여하고, 아다프티브 바이오 및 트위스트 바이오과학이 실험실 검증을 위해 물리적 설계를 주문하는 것이었다.

분석 화학의 자동화

클로드 오퍼스 5는 화학 화합물의 정체성과 순도를 확인하는 데 사용되는 원시 장비 데이터를 해석하는 시간이 많이 소요되는 과정을 자동화할 수 있다.

NMR 및 LC-MS 처리

계약 연구소의 원시 파일과 두 문장의 프롬프트를 사용한 테스트에서 클로드 오퍼스 5는 데이터를 병렬로 처리했다:

NMR 분광법: 클로드는 원시 신호(자유 유도 감쇠)를 보정된 스펙트럼과 18개 피크의 표로 변환했다. 네 개의 넓은 피크를 질소 또는 산소 치환기로 추정하고, 이를 확인하기 위해 무거운 물질 교환 실험을 올바르게 제안했다. 각 피크의 수소 수는 실험실 결과와 0.08 ¹H 이내로 일치했다.
LC-MS(액체 크로마토그래피-질량 분석): 클로드는 문서화되지 않은 벤더 이진 형식을 해독하여 크로마토그램과 질량 스펙트럼을 추출했다. 화합물 순도를 96.4%로 측정했으며, 실험실의 96.33%와 거의 동일했다.

효율성 향상

클로드는 각각 23분과 19분 만에 두 분석을 완료했다. 반면 계약 연구소의 동일 샘플에 대한 최종 보고서는 원시 스펙트럼 확보 후 4일 후에 도착했으며, 이는 수작업 인간 분석에 따른 지연 시간이 크게 줄어들었음을 보여준다.

안전성 및 이중 용도 고려 사항

애너트릭은 에이전트 기반 생물학적 탐구가 "이중 용도"라고 지적하며, 치료제 개발을 가속화하는 동일한 능력이 생물무기 개발에도 사용될 수 있음을 언급했다. 따라서 단백질 설계 및 기타 이중 용도 생물학 기능은 클로드 펠브 5에서 일반 접근이 불가능하다. 애너트릭은 과학자들이 안전하게 이러한 도구에 접근할 수 있도록 신뢰할 수 있는 접근 프로그램을 개발 중이다.