طور باحثون بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) تحاكي الإنزيمات، مما قد يحدث ثورة في التحفيز الصناعي وتطوير الأدوية. وتفصل الدراسة، التي نشرت في مجلة Nature، كيف يمكن لهذه البوليمرات الاصطناعية، التي تم إنشاؤها من خلال عملية تخليق في وعاء واحد، أن تكرر سلوك البروتينات عن طريق تحديد مواقع السلاسل الجانبية بشكل استراتيجي لإنشاء بيئات دقيقة شبيهة بالبروتين.

قام الفريق، مستوحى من المواقع النشطة لما يقرب من 1300 من البروتينات المعدنية، بتصميم بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) مع وحدات مونومر رئيسية تعمل كمكافئات لبقايا وظيفية في البروتينات. من خلال التعديل الإحصائي للخصائص الكيميائية لهذه الأجزاء المحتوية على مونومر، مثل كراهية الماء القطعية، تمكن الباحثون من إنشاء مواقع نشطة زائفة داخل البوليمرات. يعتمد هذا النهج على الحرية الدورانية للبوليمرات للتغلب على القيود المفروضة على خصوصية تسلسل المونومر، وتحقيق سلوك موحد عبر المجموعة.

"نقترح أنه بالنسبة للبوليمرات ذات الكيمياء الأساسية المختلفة عن تلك الموجودة في البروتينات، فإن برمجة الإسقاطات المكانية والزمانية للسلاسل الجانبية على المستوى القطعي يمكن أن تكون فعالة في تكرار سلوكيات البروتين"، كما ذكر الباحثون في منشورهم.

يعالج تطوير هذه المحاكيات الإنزيمية تحديًا طال أمده في تكرار وظائف البروتين بشكل اصطناعي. في حين أن العلماء قد حققوا خطوات كبيرة في تكرار الهياكل الأولية والثانوية والثالثية للبروتينات، إلا أن تحقيق عدم التجانس الكيميائي والهيكلي والديناميكي الضروري لوظيفة البروتين ظل بعيد المنال.

تداعيات هذا البحث كبيرة. الإنزيمات هي محفزات أساسية في العديد من العمليات الصناعية، من إنتاج المستحضرات الصيدلانية إلى إنتاج الوقود الحيوي. ومع ذلك، يمكن أن تكون الإنزيمات الطبيعية باهظة الثمن في إنتاجها وغالبًا ما تتطلب ظروفًا معينة لتعمل بفعالية. تقدم بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) بديلاً أكثر قوة وفعالية من حيث التكلفة.

علاوة على ذلك، يتضمن تصميم هذه البوليمرات مبادئ الذكاء الاصطناعي. قام الباحثون بتحليل مجموعة بيانات واسعة من المواقع النشطة للبروتينات المعدنية لتحديد الخصائص الرئيسية لمحاكاة وظيفة الإنزيم. يسلط هذا النهج القائم على البيانات الضوء على الدور المتزايد للذكاء الاصطناعي في علم المواد، مما يسمح للباحثين بتصميم مواد بخصائص ووظائف محددة.

توضح الدراسة: "استرشادًا بتحليل الموقع النشط لحوالي 1300 من البروتينات المعدنية، نصمم بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) كمحاكيات للإنزيمات بناءً على عملية تخليق في وعاء واحد".

يثير استخدام الذكاء الاصطناعي في هذا السياق أيضًا اعتبارات مجتمعية مهمة. مع تزايد اندماج الذكاء الاصطناعي في البحث العلمي، من الضروري التأكد من أن هذه التقنيات تستخدم بمسؤولية وأخلاقية. ويشمل ذلك معالجة التحيزات المحتملة في مجموعات البيانات وضمان الشفافية في عمليات التصميم التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي.

تتضمن الخطوات التالية لهذا البحث زيادة تحسين تصميم بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) واستكشاف تطبيقاتها في مختلف السياقات الصناعية والطبية الحيوية. يدرس الباحثون أيضًا إمكانية استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم محاكيات إنزيمية أكثر تعقيدًا وتطوراً. يمثل تطوير هذه البوليمرات غير المتجانسة العشوائية (RHPs) خطوة مهمة إلى الأمام في مجال المواد المستوحاة من علم الأحياء ويسلط الضوء على إمكانات الذكاء الاصطناعي لتسريع الاكتشاف العلمي.