Anthropic: Claude tự phát hiện hệ thống enzyme mới có cơ chế tương tự CRISPR

Chúng tôi đang giới thiệu một nhóm nghiên cứu và phòng thí nghiệm khoa học sự sống mới tại Anthropic. Trọng tâm của chúng tôi là nghiên cứu sinh học cơ bản sử dụng Claude: khám phá các tập dữ liệu DNA để xác định các họ protein chưa được đặc trưng, tạo giả thuyết trên quy mô lớn và kiểm chứng chúng thông qua các thí nghiệm trong phòng lab. Bài viết này giới thiệu đội ngũ đứng sau công trình này và chia sẻ những kết quả ban đầu, trong đó Claude đã phát hiện ra một hệ thống enzyme mới với các đặc tính gợi nhớ đến CRISPR, chỉ với sự chỉ đạo ở cấp độ cao từ các nhà khoa học của chúng tôi. Nhiều khám phá tạo nên cuộc cách mạng trong sinh học và y học bắt đầu từ việc một nhà khoa học nhận thấy điều gì đó bất thường trong sự đa dạng đáng kinh ngạc của các cỗ máy phân tử được tìm thấy trong tự nhiên. Các enzyme giới hạn (restriction enzymes), những protein cắt DNA tại các trình tự ngắn cụ thể, đã được tìm thấy trong hệ thống miễn dịch của vi khuẩn, nơi chúng tiêu diệt DNA của virus xâm nhập. Các nhà nghiên cứu nhận ra rằng họ có thể sử dụng các enzyme này để cắt DNA tại những vị trí đã chọn và ghép các gene từ sinh vật này sang sinh vật khác, điều này đã khởi đầu cho ngành công nghiệp công nghệ sinh học. Taq polymerase, một enzyme sao chép DNA ở nhiệt độ cao, đã được xác định trong một loại vi khuẩn tại suối nước nóng Yellowstone. Nó trở thành nền tảng cho PCR, phương pháp sao chép DNA được sử dụng trong phần lớn các chẩn đoán hiện đại. CRISPR lần đầu tiên được chú ý như một trình tự lặp lại bất thường trong DNA của một số loại vi khuẩn, và hiện là nền tảng cho các loại thuốc dựa trên chỉnh sửa gene.

Vào mùa xuân năm 2026, chúng tôi đã thành lập một nhóm nghiên cứu để xem liệu các mô hình AI tổng quát có thể hệ thống hóa và đẩy nhanh những khám phá như vậy hay không. Chúng tôi tin rằng sự tăng tốc này sẽ đến từ việc thiết lập một phương thức nghiên cứu sinh học mới, trong đó các tác nhân (agents) cộng tác với con người trong mọi bước của quy trình. Việc phát triển phương thức làm việc mới này đòi hỏi chúng tôi phải xây dựng phòng thí nghiệm riêng và một đội ngũ duy nhất thực hiện mọi công việc, từ huấn luyện Claude về sinh học cho đến thực hiện các thí nghiệm trong phòng lab.

Hôm nay, chúng tôi chia sẻ những kết quả ban đầu từ một trong những chương trình nghiên cứu đầu tiên của mình, trong đó Claude đã tự động phát hiện ra một hệ thống enzyme mới có liên quan đến một loạt các trình tự lặp lại DNA, một mô hình gợi nhớ đến CRISPR. Mặc dù chúng tôi chưa biết chức năng của nó, hệ thống mà Claude phát hiện có một tập hợp các đặc điểm mà trước đây chỉ được tìm thấy cùng nhau trong một số ít các hệ thống khác, tất cả đều có thể lập trình và thực hiện các thao tác như cắt, sao chép và dán DNA. Ngoài CRISPR, vốn đã thay đổi khoa học và y học, một số hệ thống tương tự khác hiện đang được phát triển như những công cụ đầy hứa hẹn.

Hệ thống mà Claude tìm thấy dựa trên một enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase - RT), loại enzyme sao chép RNA thành DNA. Mặc dù RT cơ bản này, được tìm thấy trong một loại jumbo phage, đã được xác định trong các nghiên cứu trước đây, Claude dường như là người đầu tiên nhận ra các đặc điểm định hình của hệ thống này—một mảng các trình tự DNA không mã hóa liên quan và một protein phụ trợ bổ sung có chức năng chưa xác định.

Sau khi xem xét bản tiền ấn phẩm (pre-print), Feng Zhang, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực chỉnh sửa bộ gene CRISPR và là giáo sư tại MIT và Viện Broad cho biết:

Đây là một ví dụ thú vị về cách các tác nhân AI có thể đóng góp vào khám phá sinh học. Việc xác định các mảng lặp lại RNA liên quan đến các enzyme phiên mã ngược thực sự rất hấp dẫn và xứng đáng được nghiên cứu thêm. Tôi hy vọng công trình này sẽ khuyến khích nhiều nhà khoa học hơn nữa khám phá cách AI có thể hỗ trợ nghiên cứu của họ.

Chúng tôi đã đưa ra một câu lệnh (prompt) để Claude tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu khổng lồ các trình tự DNA nhằm tìm ra những ví dụ mới thú vị về RT. Sự tham gia của chúng tôi chỉ giới hạn ở câu lệnh ban đầu và công việc trong phòng lab, trong khi các tác nhân Claude rà soát cơ sở dữ liệu, điều tra các họ RT riêng biệt và sử dụng khả năng phán đoán của riêng chúng để xác định các ứng viên thú vị. Sau 21 giờ tìm kiếm dữ liệu này bởi khoảng 950 tác nhân sử dụng 210 triệu token, một trong các tác nhân đã phát hiện ra điều đáng chú ý: một mô hình lặp lại của các trình tự DNA xuất hiện bên cạnh gene của một loại RT có vẻ ngoài kỳ lạ. Sau khi phân tích và kiểm tra thêm trong phòng thí nghiệm, chúng tôi nhận ra rằng mô hình này đánh dấu một hệ thống enzyme chưa từng được mô tả trước đây được tìm thấy trong các thực khuẩn thể (bacteriophages - virus lây nhiễm vi khuẩn) mà chúng tôi gọi là các enzyme phiên mã ngược liên kết mảng (array-associated reverse transcriptases - ART).

Công việc của chúng tôi nhằm tìm hiểu chức năng chính của các ART vẫn đang được tiếp tục. Tuy nhiên, chúng tôi cho rằng việc chia sẻ những phát hiện như vậy sớm là rất quan trọng, vừa để chứng minh năng lực của Claude, vừa để cung cấp cho cộng đồng rộng lớn hơn cái nhìn sâu sắc về những gì chúng tôi đang thực hiện. Chúng tôi đã phát hành một bản tiền ấn phẩm (tại đây) thảo luận chi tiết hơn về vấn đề này.

Về phòng thí nghiệm của chúng tôi

Chúng tôi là một nhóm các nhà khoa học đã dành cả sự nghiệp để khám phá các protein bất thường, và chuyên sử dụng các phương pháp tính toán để đọc DNA một cách hệ thống, giải mã quá trình tiến hóa của nó và chọn ra các hệ thống sinh học để đặc trưng hóa sâu hơn. Nghiên cứu của chúng tôi trước khi gia nhập Anthropic đã giúp hiểu rõ hơn về sự tiến hóa và cơ chế điều hòa của các hệ thống CRISPR, khám phá các enzyme mới cho các liệu pháp tế bào và gene thế hệ tiếp theo, và xây dựng các công cụ để đẩy nhanh việc xác định các bất thường trong DNA, chẳng hạn như các biến thể gây bệnh ở người. Chúng tôi là một phần của tổ chức khoa học sự sống của Anthropic, cùng với các nhóm có công việc bao gồm khám phá thuốc, và huấn luyện Claude về sinh học và hóa học.

Phòng thí nghiệm của chúng tôi, đặt tại Bay Area, trông giống như một phòng thí nghiệm sinh học phân tử điển hình. Chúng tôi thực hiện nghiên cứu chỉ liên quan đến các cấp độ rủi ro an toàn sinh học thấp (BSL-1 và BSL-2) và chúng tôi không xử lý các tác nhân gây bệnh có thể lây nhiễm cho người. Tất cả các công việc trong phòng thí nghiệm đều được thực hiện bởi các nhà khoa học là con người. Mặc dù chúng tôi đã thử nghiệm việc sử dụng AI để tăng tốc công việc trong phòng lab với các sáng kiến như Tiêu chuẩn Phần cứng Mô hình, phương pháp này ít phù hợp hơn với các quy trình làm việc đặc thù (ad hoc) liên quan đến nghiên cứu sinh học phân tử của chúng tôi.

Cách chúng tôi làm việc

Nhiều quy trình làm việc của chúng tôi liên quan đến việc để Claude tìm kiếm thông qua bộ sưu tập khổng lồ các trình tự DNA liên quan đến các protein chưa rõ chức năng. Một mô hình điển hình bắt đầu bằng việc khảo sát một họ protein nhất định. Claude đọc các tài liệu liên quan và tái tạo các kết quả đã được thiết lập từ dữ liệu công khai để kiểm tra phương pháp của mình. Sau đó, nó tìm kiếm các thành viên trong họ hoặc các gene lân cận không khớp với bất kỳ hệ thống nào đã được mô tả, và viết một báo cáo ngắn gọn, dễ đọc cho mỗi ứng viên, trong đó đề xuất một chức năng và mô tả các bằng chứng hỗ trợ cho các tuyên bố của nó. Trong các phân tích tiếp theo, Claude đánh giá nghiêm túc các bằng chứng—thông thường hầu hết các ứng viên đều bị loại ở giai đoạn này. Một cuộc khảo sát có thể kết thúc với một ứng viên duy nhất đáng để thử nghiệm, hoặc không có ứng viên nào.

Khi một ứng viên vượt qua quá trình đánh giá của chúng tôi, chúng tôi sẽ kiểm tra nó trong phòng thí nghiệm, biểu hiện protein trong các chủng phòng thí nghiệm tiêu chuẩn và đặc trưng hóa nó về mặt sinh hóa và cấu trúc, với sự hỗ trợ của Claude trong việc giải thích dữ liệu. Chúng tôi thực hiện công việc của mình trong Claude Science và Claude Code, những công cụ tương tự có sẵn cho bất kỳ nhà khoa học nào, và đôi khi với một hệ thống hỗ trợ riêng của chúng tôi giúp điều phối nhiều phiên Claude chạy song song.

Vì Claude tạo ra các giả thuyết rất hiệu quả, bản thân các giả thuyết này đã trở thành đối tượng nghiên cứu của chúng tôi. Với hàng trăm đến hàng nghìn báo cáo ứng viên từ một chiến dịch duy nhất, chúng tôi đã đặt câu hỏi điều gì tạo nên sự khác biệt giữa các đề xuất mà chúng tôi đánh giá là đáng thử nghiệm với những đề xuất chúng tôi loại bỏ. Những gì chúng tôi học được sẽ được đưa ngược lại vào các hướng dẫn dành cho Claude, giúp nó học cách mô phỏng tư duy khoa học của chính chúng tôi.

Claude tìm thấy ART

Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu đã phát hiện thêm nhiều enzyme phiên mã ngược (RT), hầu hết trong số đó nằm ở vi khuẩn, nơi chúng hoạt động như một phần của hệ thống miễn dịch. Gần như tất cả các họ RT đều được tìm thấy thông qua phân tích bộ gen, hay khai thác bộ gen, đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu trình tự các gen chưa được xác định, chú ý đến những gen bất thường và tìm hiểu chức năng của chúng.

Các tác nhân Claude đã thu thập hơn 200.000 RT, chọn ra 3.500 hệ thống ứng viên mới và thu hẹp xuống còn 20 ứng viên thuyết phục nhất để phân tích và tạo ra các báo cáo mà con người có thể đọc được. Đối với một nhà khoa học chuyên môn, loại phân tích này có thể mất từ vài tuần đến vài tháng làm việc.

Trong quá trình nghiên cứu, Claude đã nhận thấy một họ RT bất thường và quyết định kiểm tra chi tiết hơn. Trong khi rà soát trình tự DNA thô gần RT, tác nhân này đã thốt lên: “[DNA bên cạnh RT] thật ngoạn mục: Tôi có thể nhìn thấy bằng mắt thường một mảng lặp lại nối tiếp… đó là một mảng lặp lại… giống như CRISPR?!”

Sau đó, nó tiến hành công việc giống như cách một nhà khoa học con người thực hiện khi đối mặt với một khám phá tiềm năng. Nó đếm các đoạn lặp lại và đo khoảng cách giữa chúng, so sánh bố cục với các hệ thống RT đã biết và tìm kiếm trong các tài liệu xem có báo cáo nào trước đây về mô hình này không. Sau khi phân tích kỹ lưỡng, nó tin chắc rằng mình đã tìm thấy một hệ thống sinh học mới và lập báo cáo để con người xem xét.

Hệ thống mà nó tìm thấy, ART, được tìm thấy chủ yếu ở các thực khuẩn thể và bao gồm ba phần: RT, một gen đối tác bên cạnh nó và một mảng dài các trình tự lặp lại DNA cách đều nhau. Bố cục lặp lại này giống với một mảng CRISPR, vốn chứa một ngân hàng các trình tự RNA khác nhau giúp các hệ thống CRISPR-Cas trở thành những công cụ công nghệ sinh học có thể lập trình được. Các thí nghiệm đầu tiên của chúng tôi cho thấy mảng ART cũng được biểu hiện dưới dạng một tập hợp các RNA ngắn riêng biệt, gợi ý rằng một cơ chế tương tự có thể đang hoạt động trong hệ thống này.

Các thí nghiệm sâu hơn đang được tiến hành để xác định cách thức hoạt động của ART, và chúng tôi đang chia sẻ những phát hiện ban đầu này để cho cộng đồng thấy rằng Claude có thể tự động phát hiện các điểm bất thường và thúc đẩy các phân tích nhằm khởi xướng những khám phá sinh học.

Bạn có thể tìm thêm chi tiết trong báo cáo kỹ thuật của chúng tôi (tại đây).

Hợp tác với chúng tôi

Chúng tôi hy vọng công trình này chứng minh được giá trị của việc tạo giả thuyết dựa trên AI đối với cộng đồng khoa học rộng lớn hơn, và chúng tôi muốn hợp tác với các nhà khoa học khác để mở rộng phương pháp này sang nhiều vấn đề khác nhau, trong lĩnh vực gen và các lĩnh vực khác. Nếu bạn có đề xuất cho một câu hỏi nghiên cứu, chúng tôi rất mong nhận được phản hồi từ bạn.

Nội dung liên quan

Hợp tác với Accenture về đánh giá nhúng

Đọc thêm

Giới thiệu Chương trình Xác minh Khoa học Sự sống

Chương trình Xác minh Khoa học Sự sống (LSVP) cung cấp cho các chuyên gia khoa học sự sống quyền truy cập vào các mô hình Claude Mythos, Opus và Sonnet với bộ biện pháp bảo vệ tinh chỉnh, cho phép thực hiện các công việc liên quan đến sinh học một cách linh hoạt hơn.

Đọc thêm

Phát triển các biện pháp bảo vệ tiên phong cho doanh nghiệp cùng khách hàng của chúng tôi

Đọc thêm