Ngày 23/9, Anthropic công bố kết quả đầu tiên của nhóm nghiên cứu khoa học sự sống mới thành lập, trong đó Claude phát hiện một hệ thống enzyme được đặt tên là ART, viết tắt của array-associated reverse transcriptase. Hệ thống này gồm enzyme phiên mã ngược, một gene đối tác và chuỗi DNA chứa nhiều đoạn lặp, có cấu trúc gợi nhớ đến CRISPR.
Tuy nhiên, ART chưa được chứng minh có chức năng tương tự CRISPR. Hiện các nhà nghiên cứu thậm chí chưa xác định được enzyme phiên mã ngược của hệ thống này có hoạt tính hay không.
Phát hiện nằm ngoài yêu cầu ban đầu
Quá trình tìm kiếm ban đầu gần như do Claude tự thực hiện. Các nhà nghiên cứu chỉ yêu cầu AI tìm những protein đối tác chưa từng được mô tả, thường xuất hiện cùng enzyme phiên mã ngược.
Trong 21,5 giờ, 949 phiên làm việc của Claude Mythos 5 đã rà soát 1,94 tỷ cụm protein, tìm được gần 200.000 enzyme phiên mã ngược và sàng lọc 3.564 họ protein đối tác. Tổng cộng có 119 nhiệm vụ được phát sinh, trong đó 98 nhiệm vụ do chính các tác nhân AI tự bổ sung.
Điều đáng chú ý là ART không nằm trong mục tiêu ban đầu. Manh mối xuất hiện khi Claude kiểm tra một ứng viên đã bị loại. AI phát hiện một enzyme phiên mã ngược giống retron nằm cạnh một gene chưa rõ chức năng. Sau khi kiểm tra, gene này được xác định là một tiểu đơn vị RNA polymerase của thực khuẩn thể khổng lồ.
Tuy nhiên, AI nhận thấy bản thân việc thực khuẩn thể sở hữu enzyme phiên mã ngược giống retron đã đủ bất thường. Một tác nhân đề xuất kiểm tra vùng DNA phía trước enzyme, bởi retron thường cần RNA không mã hóa để hoạt động.
Khi đọc trực tiếp một đoạn DNA dài 2.900 nucleotide, Claude nhận thấy các đoạn trình tự dài 16 nucleotide lặp lại, xen giữa là những đoạn DNA dài 100-200 nucleotide. AI đặt câu hỏi liệu đây có phải một mảng lặp tương tự CRISPR hay không, rồi chủ động tìm cách bác bỏ giả thuyết của chính mình.
Sau khi tự viết script để phân tích, Claude xác định có 14 đoạn lặp dài 16 nucleotide. Nó tiếp tục so sánh với các thành phần DNA không mã hóa đã biết và kiểm tra tài liệu khoa học trước khi gửi báo cáo cho con người.
Điểm đặc biệt là AI không sử dụng công cụ chuyên dụng để tìm trình tự lặp. Nó tự nhận ra mô hình này khi đọc DNA.
Vì sao chuỗi lặp từng bị bỏ qua?
Theo Anthropic, một lý do nằm ở giới hạn của các công cụ khai thác bộ gene truyền thống. Những phần mềm nhận diện CRISPR thường được thiết lập dựa trên kích thước điển hình của hệ thống này.
MinCED mặc định nhận các đoạn đệm dài 26-50 nucleotide, trong khi CRISPRCasFinder nhận khoảng 25-60 nucleotide. ART lại có các đoạn đệm dài tới 120-220 nucleotide, nằm ngoài phạm vi của những công cụ trên.
Điều đó cho thấy các hệ thống tự động có thể bỏ qua những cấu trúc mới nếu chúng không phù hợp với đặc điểm được định nghĩa từ trước.
Các thử nghiệm đối chứng của Anthropic cũng cho thấy khả năng đọc trực tiếp dữ liệu có vai trò quan trọng. Khi trình tự DNA được đưa thẳng vào ngữ cảnh, những mô hình Claude mạnh nhất có tỷ lệ nhận diện mảng lặp trên 90%, trong đó Mythos 5 đạt 96%.
Ngược lại, khi DNA được đưa dưới dạng tệp kèm công cụ phân tích, tỷ lệ nhận diện giảm mạnh, thấp nhất chỉ còn 32%. Gần 40% lần thử thậm chí không đọc liên tục quá 200 nucleotide.
ART chưa phải CRISPR mới
Anthropic đã xác định 95 thành viên thuộc họ ART, trong đó 28 thành viên có mảng lặp rõ ràng, với mỗi mảng chứa 3-21 bản sao. Tuy nhiên, không tìm thấy gene cas gần đó, cho thấy ART không phải CRISPR.
Các đoạn đệm của ART cũng khác biệt. CRISPR thường có đoạn đệm khoảng 30 nucleotide, có nguồn gốc từ những virus từng xâm nhập vi khuẩn. Trong khi đó, đoạn đệm ART dài hơn đáng kể và có xu hướng được bảo tồn theo cùng thứ tự ở những thực khuẩn thể gần nhau.
Một bằng chứng quan trọng đến từ thực khuẩn thể SA1, được các nhà nghiên cứu Trung Quốc phân lập từ nước thải tại một trang trại lợn ở Sơn Đông. Dữ liệu công khai cho thấy sau 15 phút nhiễm, RNA được phiên mã từ mảng ART có thể chiếm tới 8% tổng RNA của thực khuẩn thể và được cắt thành những đoạn RNA ngắn.
Phòng thí nghiệm Anthropic đưa hệ thống ART của SA1 vào E. coli và cũng phát hiện các đoạn RNA ngắn tương tự.
Tuy nhiên, đây mới là bằng chứng ban đầu. Anthropic chưa chứng minh enzyme phiên mã ngược có hoạt tính, chưa xác nhận những RNA ngắn là cơ chất của enzyme và cũng chưa biết protein đối tác có tương tác với enzyme hay không.
AI phát hiện, con người vẫn phải kiểm chứng
Khả năng phát hiện ART của Claude cũng chưa ổn định. Khi nhóm nghiên cứu chạy lại cùng quy trình 10 lần, AI gần như luôn tiếp cận được vùng chứa ART nhưng cả 10 lần đều không chủ động đọc DNA phía thượng nguồn để nhận ra chuỗi lặp.
Trong 19 báo cáo ban đầu, ART thậm chí chỉ đứng thứ ba khi được Mythos 5 đánh giá. Chính các nhà nghiên cứu con người đã lựa chọn báo cáo này để nghiên cứu tiếp.
Việc xác nhận ART là một họ độc lập, tìm đủ 95 thành viên và thực hiện các thí nghiệm sinh học đều có sự tham gia của con người. Vì vậy, mô tả chính xác hơn là Claude đã thực hiện bước phát hiện quan trọng, nhưng chưa tự mình hoàn thành một khám phá sinh học từ đầu đến cuối.
Nhà khoa học Zhang Feng, một trong những người tiên phong về chỉnh sửa gene CRISPR, đánh giá đây là “một ví dụ thú vị về việc tác nhân AI tham gia vào khám phá sinh học”. Ông cho rằng các mảng RNA lặp liên quan đến enzyme phiên mã ngược “thực sự thú vị, đáng để nghiên cứu thêm”.
Đáng chú ý, Zhang Feng không gọi ART là “CRISPR tiếp theo”.
Sự thận trọng này phản ánh khoảng cách rất lớn giữa việc phát hiện một cấu trúc DNA bất thường và chứng minh chức năng sinh học của nó. Chuỗi lặp CRISPR được phát hiện từ năm 1987, nhưng phải mất khoảng 20 năm giới khoa học mới xác định được vai trò của nó trong hệ thống phòng vệ của vi khuẩn. Đến năm 2013, CRISPR mới được phát triển thành công cụ chỉnh sửa gene trong tế bào động vật có vú.
Anthropic cũng thừa nhận cuối cùng vẫn phải được kiểm chứng bằng thí nghiệm. Với ART, phần lớn bằng chứng hiện nay đến từ phân tích tính toán và dữ liệu công khai. Hoạt tính của enzyme, chức năng của protein đối tác và vai trò của toàn bộ hệ thống vẫn chưa được xác định.
Gần 40 năm sau khi những chuỗi lặp đầu tiên của CRISPR được phát hiện, một hệ thống lặp mới lại xuất hiện với câu hỏi tương tự: nó thực sự có ý nghĩa sinh học gì?
Điểm khác biệt lần này là theo Anthropic, AI đã trở thành bên đầu tiên chú ý đến mô hình bất thường đó. Nhưng để biến phát hiện thành một hiểu biết sinh học thực sự, câu trả lời vẫn phải đến từ phòng thí nghiệm, nơi những người trực tiếp thao tác với các mẫu sinh học hiện vẫn là con người.
Đức Khương
