طور باحثون بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) تحاكي الإنزيمات، مما يقدم نهجًا جديدًا لإنشاء مواد اصطناعية ذات وظائف شبيهة بالبروتين، وفقًا لدراسة نشرت في مجلة Nature. استوحى الفريق، من المواقع النشطة لما يقرب من 1300 بروتين فلزي، وصمموا هذه البوليمرات غير المتجانسة العشوائية باستخدام طريقة التخليق في وعاء واحد، مع تعديل الخصائص الكيميائية لقطاعات رئيسية تحتوي على مونومرات إحصائيًا لإنشاء مواقع نشطة زائفة.

يعالج البحث تحديًا طال أمده في تكرار الوظائف المعقدة للبروتينات صناعياً. في حين أن العلماء أحرزوا تقدمًا في محاكاة الهياكل الأولية والثانوية والثالثية للبروتينات، إلا أن تحقيق عدم التجانس الكيميائي والهيكلي والديناميكي الذي يدفع وظيفة البروتين ظل صعبًا. يقترح الباحثون أنه من خلال برمجة الترتيب المكاني والزماني للسلاسل الجانبية على المستوى القطاعي في البوليمرات، من الممكن تكرار سلوكيات البروتين، حتى مع وجود كيمياء أساسية مختلفة عن تلك الخاصة بالبروتينات.

صرح الباحثون في ورقتهم البحثية: "نقدم مونومرات رئيسية باعتبارها معادلة للبقايا الوظيفية للبروتين"، مؤكدين على أهمية محاكاة البيئة الدقيقة للمواقع النشطة للبروتين. تساعد الحرية الدورانية للبوليمرات في التغلب على القيود المفروضة على خصوصية تسلسل المونومرات، مما يؤدي إلى سلوك موحد عبر مجموعة الجزيئات.

إن تطوير هذه المحاكيات الإنزيمية له آثار محتملة على مختلف المجالات، بما في ذلك التحفيز وإيصال الأدوية وعلم المواد. من خلال إنشاء مواد اصطناعية يمكنها إجراء تفاعلات كيميائية محددة أو الارتباط بالجزيئات المستهدفة بتقارب عالٍ، يمكن للعلماء تطوير علاجات جديدة وعمليات صناعية أكثر كفاءة ومواد متطورة بخصائص مصممة خصيصًا.

لعب استخدام الذكاء الاصطناعي في تحليل المواقع النشطة للبروتينات الفلزية دورًا حاسمًا في توجيه تصميم البوليمرات غير المتجانسة العشوائية. يمكن لخوارزميات التعلم الآلي تحديد الميزات والأنماط الرئيسية في مجموعات البيانات الكبيرة، مما يمكّن الباحثين من اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تكوين وهيكل المواد الاصطناعية الخاصة بهم. يسلط هذا النهج الضوء على الأهمية المتزايدة للذكاء الاصطناعي في اكتشاف المواد وتصميمها.

بالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لمواصلة تحسين تصميم البوليمرات غير المتجانسة العشوائية واستكشاف تطبيقاتها المحتملة في مختلف المجالات. كما يهدفون إلى تطوير طرق جديدة للتحكم في الترتيب المكاني والزماني للمونومرات داخل البوليمرات، مما قد يؤدي إلى محاكيات إنزيمية أكثر تطوراً. يعتقد الفريق أن هذا النهج يمكن أن يمهد الطريق لجيل جديد من المواد الاصطناعية ذات الوظائف الشبيهة بالبروتين، مما يوفر مجموعة واسعة من الفرص للابتكار العلمي والتكنولوجي.