科学网—AI协助向生命科学深水区进军：解析穹窿体谜团《科学》
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2026-11-6 09:11
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AI 协助 揭开细胞内最奇特颗粒的谜团 ——穹窿体
穹窿体 是让人着迷的生物学谜团，这种结构广泛存在，从病毒，原核到真核细胞，如此跨域的复杂结构，超越一切复杂细胞器，几乎没有。这说明这种结构是生命特有复杂结构，甚至能作为生命区别于非生命的典型结构。如此看来，这种结构非常可能在生命进化早期，甚至在生命从无生命分子变成有生命结构的重要转折点。但不幸的是，也许是幸运的事，人类科学家对这个神秘结构，只知道存在，现在知道这种存在的广域性，也了解到这种结构看上去是非常漂亮的卵形结构。这似乎暗示这是生命孵化的载体。更重要的是，到了复杂生命，包括人类细胞，这种结构依然存在，存在就是合理，虽然基因敲除研究似乎证明这种结构不影响生存甚至健康状况。但这种非常复杂的结构，如果没有生理功能，那才是跟让人无法理解的。希望能尽快看到这个神秘结构的功能研究进一步提供更让人惊叹的新进展。
博主对该研究的感叹。
Anthropic借助旗下Claude AI，发现细菌、病毒很可能也能合成这种奇特结构，提示穹窿体起源非常古老
2026年11月4日 美国东部时间下午3:03
作者：约翰 ·特拉维斯
配图：病毒蛋白组装形成的颗粒，和人体细胞中神秘的 “穹窿体”结构高度相似｜Anthropic
数十年来，穹窿体一直困扰着细胞生物学家。如今人工智能攻克了这一谜题。 Anthropic公司今日公布：其核心大模型Claude助力研究者找到了穹窿体的全新线索。穹窿体是一种奇特的桶状结构，在动植物细胞内可达数千个；尽管已有大量研究，它的生理功能至今不明。
Anthropic在一篇博客文章及配套预印本中介绍：公司内部一支小型生物团队，在Claude的辅助下，拿到了首个直接证据，证明细菌、病毒，以及其他简单微生物，也可以合成这类特殊结构。近期加入Anthropic的分子生物学家马修·杜兰特说：“所有主要研究环节我们都用到了Claude。它就像一位超人级计算生物学家、科研顾问，同时也是头脑风暴搭档。”
该研究并没有解开穹窿体到底有什么作用，但进一步支持了一个观点： 穹窿体的功能在生命演化早期就已经出现。 加州大学洛杉矶分校生物学家伦纳德 ·罗姆评价：“虽然还不知道穹窿体的功能，但这实在太酷了。”罗姆自1986年和同事南希·凯德莎在啮齿动物细胞里发现穹窿体之后，就一直在寻找它的作用。大约一个月前，罗姆受聘担任Anthropic顾问，以便提前查看这批穹窿体相关数据，他还计划指导团队后续研究。
真核生物体内的穹窿体，由 78个主要穹窿蛋白（MVP）组装而成。 这些蛋白围成外壳，外壳内部大多中空， 只结合少量内部蛋白与 RNA链。生物学家提出过几十种假说，主流猜想是穹窿体在细胞内转运、递送某些“货物”，但全部都没有被证实。还有证据表明穹窿体并非生存必需：比如 敲除小鼠的 MVP基因，小鼠不会出现明显健康异常 。
此前已有不少线索提示：部分原核生物 细菌古菌 甚至病毒，也能产生穹窿体。科研人员已经在微生物基因组中找到编码 MVP样蛋白的序列，但一直没能证实这些序列翻译出的蛋白真的可以组装成穹窿体。
Anthropic的科学家利用Claude检索了一个内部数据库，库内包含全球科研人员公开基因组序列预测得到的150亿条蛋白。AI在29个主要细菌类群、4个古菌类群，以及噬菌体（感染细菌的病毒）中找到了潜在MVP序列。德克萨斯大学奥斯汀分校演化生物化学家爱德华·马克特表示，结合多个团队之前发表的数据，这个发现并不意外。
让他印象更深的是： Anthropic团队进一步证明，这些候选MVP蛋白确实可以组装成穹窿体。团队在Claude协助下挑选了44个候选穹窿蛋白，由AI设计对应的基因序列。随后，在Anthropic刚在加州建成的湿实验室里，生物化学家贾努卡·阿苏库拉勒奇带领研究人员，把这些基因在大肠杆菌中表达。电镜结果显示：其中15个基因成功表达出可纯化的可溶性蛋白，7种蛋白最终组装成了穹窿体结构。
圣保罗大学演化基因组学家路易斯 ·爱德华多·德尔·贝姆评价：“这是巨大的一步。”他的团队此前已经在人体肠道噬菌体中报道过穹窿蛋白相关基因。他补充说，在细菌中构建原核穹窿体，有望提供一个更简单的实验体系，最终搞清楚这个结构的功能。
Anthropic团队还仔细分析了噬菌体来源L05穹窿蛋白组装出来的结构。大肠杆菌利用L05组装的穹窿体，由96个L05蛋白构成；而人类穹窿体由78个MVP组装。这种蛋白外壳比经典柠檬形的人源穹窿体更短、内部空间更大，外形更像鸡蛋。团队还报道，可以改造L05蛋白，构建尺寸更大的穹窿体外壳。这类纳米外壳很有潜力，可用来向体内递送药物或其他物质。
配图说明：左侧为病毒蛋白 L05组装的穹窿样结构，由96个蛋白单体构成；右侧是人源穹窿体，由78个MVP组装｜Anthropic
不过 Anthropic表示，这项研究最核心的目的，是 测试 AI产品如何赋能科研 。公司生命科学负责人埃里克 ·考德雷-艾布拉姆斯说：“我们的 目标是加速科学发现 。 ”
杜兰特说，他是最近才从朋友和社交平台了解穹窿体的， “科研生涯这么久，之前居然从没听过它，我很意外”，于是想到用穹窿体作为测试Claude能力的课题。公司也承认AI并不完美：有时给出的方案行不通，白白消耗实验资源。有一次，研究者直接给提示词约束AI：“除非现有方案行不通，否则请给出常规可行思路。”
但杜兰特说， Claude给出的方案加快了穹窿体纯化流程，原本耗时3天的步骤缩短到约90分钟。 Anthropic还称，Claude仅用34小时，就从这批新穹窿体的电镜图像搭建出结构模型；这项工作原本可能需要数周。
罗姆感叹， Anthropic仅用几个月就积累了海量穹窿体数据，相当于单个科研人员数年的工作量。但他也提出：很难分清成果里有多少功劳属于Claude，又有多少来自Anthropic雄厚的资金支持——这家公司已经拿到数十亿美元融资。Anthropic拒绝透露本次实验、以及Claude算力消耗的成本估算。杜兰特表示，这项工作是他所在课题组宏大目标的一部分：“我们希望攻克生物学里最难的一批问题。”
今年 9月，Anthropic团队发布了另一项成果：Claude在同一个超大蛋白数据库中检索，找到一类逆转录酶的潜在新成员。部分外部生物学家对这项工作表示赞许，但也有人认为研究不完整——团队没有验证这些新蛋白确实具备逆转录酶活性。此外，一名学术研究者称，他已经借助Claude提前发现了这批蛋白，引发争议：AI可能不是独立识别，而是使用了本该保密的信息。
印第安纳大学伯明顿分校生物信息学者叶玉珍认为，这项穹窿体研究相比之前逆转录酶的成果 “更令人兴奋”，但她同时指出，这项研究对传统生物实验的依赖程度，不亚于甚至超过AI本身。“人的因素依旧至关重要。”
Anthropic的科研人员会不会因为AI和自己依然没能揭开穹窿体的秘密而感到挫败？考德雷-艾布拉姆斯说：“这真的让我很抓狂，它一定具备某种很有意思的功能。”
而罗姆则希望，这个新发现能吸引更多研究者投入这个困扰他一生的谜题。他说，谁解开穹窿体的功能都无所谓，不管是他自己的团队、 Anthropic，还是别的课题组，只要尽快找到答案就行。“我希望他们能搞清楚， 希望这个发现足够重要，足以拿下诺贝尔奖。 ”
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