Claude discovers a novel enzyme system with CRISPR-like repeats

我们在 Anthropic 成立了一个新的生命科学研究组和实验室。我们的重点是使用 Claude 开展基础生物学研究：探索 DNA 数据集以识别尚未被表征的蛋白质家族、大规模生成假设，并通过实验室实验进行验证。本文介绍了这项工作背后的团队，并分享了早期研究成果——仅在我们的科学家的高层指导下，Claude 就发现了一种具有类似 CRISPR 特性的新型酶系统。许多彻底改变生物学和医学的发现，都始于科学家注意到自然界中数量惊人的分子机器里的某些奇怪之处。限制性内切酶，一种能在特定短序列处切割 DNA 的蛋白质，最初是在细菌的免疫系统中发现的，它们在那里摧毁入侵病毒的 DNA。研究人员意识到，可以利用这些酶在选定的位置切割 DNA，并将基因从一个生物体拼接到另一个生物体中，这一发现催生了生物技术产业。Taq 聚合酶是一种能在高温下复制 DNA 的酶，最初在黄石公园温泉中的一株细菌中被发现。它成为了 PCR 的基础——PCR 是一种 DNA 复制方法，被广泛应用于现代诊断技术中。CRISPR 最初是作为某些细菌 DNA 中一种异常的重复序列而被注意到的，如今它已成为基于基因编辑的药物的基础。

2026 年春天，我们成立了一个研究小组，以探究通用 AI 模型能否将此类发现系统化并加速此类发现。我们相信，这种加速将来自建立一种全新的生物学研究方式，即智能体在流程的每一步都与人类协作。开发这种新的工作方式要求我们建立自己的实验室，并组建一个单一团队，负责从训练 Claude 的生物学能力到在实验室运行实验的所有工作。

今天，我们将分享我们首批研究项目之一的早期成果。在该项目中，Claude 自主发现了一种与 DNA 重复序列阵列相关的新型酶系统，这种模式让人联想到 CRISPR。虽然我们还不知道它的功能，但 Claude 发现的这一系统具有一组此前仅在少数其他系统中共同出现过的特征，而所有这些系统都是可编程的，能够执行切割、复制和粘贴 DNA 等操作。除了已经彻底改变科学与医学的 CRISPR 之外，还有其他几个此类系统目前正在开发中，它们都是前景光明的工具。

Claude 发现的这一系统基于一种逆转录酶（RT），即把 RNA 复制为 DNA 的酶。虽然这种存在于巨型噬菌体中的底层 RT 在此前的研究中已被识别，但 Claude 似乎是第一个注意到该系统定义性特征的存在——即一个相关的非编码 DNA 序列阵列和一个功能未知的附加辅助蛋白。

在审阅这篇预印本论文后，CRISPR 基因组编辑技术的先驱之一、麻省理工学院（MIT）和博德研究所（Broad Institute）教授张锋表示：

这是一个激动人心的例子，展示了 AI 智能体如何为生物学发现做出贡献。识别出与逆转录酶相关的 RNA 重复序列阵列确实非常引人入胜，值得进一步研究。我希望这项工作能鼓励更多科学家探索 AI 如何支持他们的研究。

我们给 Claude 一个提示词，让它在庞大的 DNA 序列数据库中搜索有趣的新 RT 实例。我们的参与仅限于最初的提示词和实验室工作，而 Claude 智能体则负责梳理数据库、研究不同的 RT 家族，并运用自己的判断来识别有趣的候选者。在大约 950 个智能体使用 2.1 亿个 token 花费 21 小时搜索这些数据之后，其中一个智能体发现了一些非同寻常的东西：出现在一个外形奇特的 RT 基因旁边的 DNA 序列重复模式。经过进一步的实验室分析和测试，我们认识到这种模式标记了一种此前未被表征的酶系统，它存在于噬菌体（即感染细菌的病毒）中，我们将其称为阵列相关逆转录酶（ART）。

我们理解 ART 主要功能的工作仍在进行中。不过，我们认为尽早分享这类发现非常重要，既能展示 Claude 的能力，也能让更广泛的社区了解我们正在做的事情。我们已发布了一篇预印本（见此处），对此进行了更详细的讨论。

关于我们的实验室

我们是一支科学家团队，职业生涯一直致力于探索不寻常的蛋白质，专长在于利用计算方法系统地读取 DNA、解读其演化，并挑选出值得进一步表征的生物系统。在加入 Anthropic 之前，我们的研究已帮助人们更好地理解 CRISPR 系统的演化与调控、发现新的酶以用于下一代细胞与基因疗法，并构建了用于加速识别 DNA 异常（如人类致病变异）的工具。我们隶属于 Anthropic 的生命科学组织，与之共事的团队的工作包括药物发现，以及在生物学和化学领域训练 Claude。

我们的实验室位于湾区，看起来与典型的分子生物学实验室无异。我们开展的研究仅涉及较低级别的生物安全风险等级（BSL-1 和 BSL-2），并且我们不操作可感染人类的病原体。所有实验室工作均由人类科学家完成。尽管我们曾通过Model Hardware Standard等举措尝试利用 AI 加速实验室工作，但这种方式不太适合我们分子生物学研究中那种临时性的工作流程。

我们的工作方式

我们的许多工作流程都涉及让 Claude 在大量与功能未知的蛋白质相关的 DNA 序列中进行搜索。一种典型的模式始于对某个特定蛋白质家族的调查。Claude 会阅读相关文献，并利用公开数据复现已确立的结果，以检验其方法。然后，它会搜索不符合任何已描述系统的家族成员或基因组邻近序列，并为每个候选者撰写一份简短、人类可读的报告，提出一种可能的功能并描述支持其论断的证据。在后续分析中，Claude 会批判性地评估这些证据——通常大多数候选者都会在这一阶段被淘汰。一项调查最终可能得到一个值得测试的候选者，也可能一无所获。

当候选假设通过我们的评审后，我们会在实验室中进行测试：在标准实验室菌株中表达该蛋白质，并从生化和结构层面对其进行表征，由 Claude 协助解读数据。我们的工作在 Claude Science 和 Claude Code 中完成——与任何科学家都能使用的工具相同——有时还会借助我们自己搭建的框架来协调许多并行运行的 Claude 会话。

由于 Claude 以极高的效率产出假设，这些假设本身已成为我们的研究对象。单次任务就能产生数百到数千份候选报告，我们一直在追问：是什么让我们判定某些提案值得测试，而将另一些搁置一旁。我们从中获得的认知会回填到给 Claude 的指令中，教它模仿我们自己的科学品味。

Claude 发现 ART

在过去几年中，研究人员发现了更多逆转录酶（RT），其中大多数存在于细菌中，并在那里作为免疫系统的一部分发挥作用。几乎所有 RT 家族都是通过基因组分析（即基因组挖掘）发现的，这要求研究人员在序列数据库中搜索从未被表征过的基因，注意其中不寻常者，并弄清它们的功能。

Claude 智能体收集了超过 200,000 个 RT，从中挑选出 3,500 个新的候选系统，再将其缩减至 20 个最有说服力的候选，并对它们进行分析以生成人类可读的报告。对于专家科学家而言，这类分析可能需要数周到数月的工作。

在其研究过程中，Claude 注意到一个不寻常的 RT 家族，并决定对其进行更细致的考察。在梳理 RT 附近的原始 DNA 序列时，该智能体惊呼：“[RT 旁边的 DNA] 令人惊叹：我肉眼就能看到一个串联重复序列阵列……那是一个类似 CRISPR 的……重复阵列？！”

接下来它的做法与人类科学家面对潜在发现时十分相似。它统计了重复序列的数量并测量其间距，将布局与已知的 RT 系统进行对比，并在文献中检索此前是否有人报告过这种模式。经过深入分析，它确信自己发现了一个新的生物系统，并提交了一份报告供人类评审。

它发现的这个系统名为 ART，主要存在于噬菌体中，由三部分组成：RT、其旁边的一个伴侣基因，以及一长串间距均匀的 DNA 重复序列。这种重复序列布局类似于 CRISPR 阵列——后者储存着一系列不同的 RNA 序列，正是这些序列使 CRISPR-Cas 系统成为可编程的生物技术工具。我们的初步实验表明，ART 阵列同样会表达为一组不同的短 RNA，这暗示类似的机制可能也在这个系统中发挥作用。

确定 ART 工作机制的进一步实验正在进行中，我们分享这些早期发现，是为了向学界展示 Claude 能够自主检测异常并推动分析，从而启动生物学发现。

更多详情可参阅我们的技术报告（此处）。

与我们合作

我们希望这项工作能向更广泛的科学界展示 AI 驱动假设生成的价值，我们也希望与其他科学家合作，将这一方法扩展到基因组学及其他领域的广泛问题上。如果你对研究问题有提案，我们期待听到你的声音。

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