طور باحثون بوليمرات اصطناعية تحاكي وظيفة الإنزيمات، مما قد يحدث ثورة في التحفيز الصناعي وتطوير الأدوية، وفقًا لدراسة نشرت في مجلة Nature. ركز الفريق على إنشاء بوليمرات غير متجانسة عشوائية (RHPs) قادرة على تكرار المواقع النشطة للبروتينات المعدنية، وهي بروتينات تحتوي على أيونات معدنية تلعب أدوارًا حاسمة في العمليات البيولوجية.

يعالج البحث تحديًا طال أمده في علم المواد: تكرار الوظائف المعقدة للبروتينات باستخدام مواد اصطناعية. في حين أن العلماء أحرزوا تقدمًا في محاكاة التسلسل الهرمي الهيكلي للبروتينات، إلا أن تحقيق تعقيد وظيفي مماثل ظل بعيد المنال. تضمن نهج الفريق تصميم RHPs بخصائص كيميائية محددة، مسترشدًا بتحليل أكثر من 1300 موقع نشط للبروتينات المعدنية. لقد أدخلوا مونومرات رئيسية، تعمل كمكافئات لبقايا الأحماض الأمينية الوظيفية في البروتينات، وقاموا بتعديل الخصائص الكيميائية للقطاعات التي تحتوي على هذه المونومرات إحصائيًا، مثل كراهية الماء القطعية، أو الخصائص الطاردة للماء.

"نقترح أنه بالنسبة للبوليمرات ذات الكيمياء الأساسية المختلفة عن تلك الموجودة في البروتينات، فإن برمجة الإسقاطات المكانية والزمانية للسلاسل الجانبية على المستوى القطاعي يمكن أن تكون فعالة في تكرار سلوكيات البروتين"، كما ذكر الباحثون في ورقتهم البحثية. تشكل RHPs الناتجة مواقع نشطة زائفة، مما يوفر مونومرات رئيسية ببيئات دقيقة شبيهة بالبروتين، مما يمكنها من أداء وظائف تحفيزية.

تكمن أهمية هذا التطور في قدرته على التغلب على القيود المرتبطة بالإنزيمات الطبيعية. غالبًا ما تكون الإنزيمات الطبيعية باهظة الثمن في إنتاجها، وحساسة للظروف البيئية، ويصعب تعديلها لتطبيقات محددة. من ناحية أخرى، يمكن تصميم ومحاكاة الإنزيمات الاصطناعية بسهولة أكبر، وغالبًا ما تكون أكثر قوة، ويمكن تصميمها لتلبية احتياجات محددة.

يستفيد تصميم RHPs هذا من الحرية الدورانية للبوليمرات للتعويض عن نقص تسلسل المونومرات الدقيق الموجود في البروتينات. يتيح ذلك إنشاء مواد ذات سلوك موحد على مستوى المجموعة، حتى بدون التحكم المثالي في التسلسل. استخدم الباحثون طريقة التجميع في وعاء واحد، مما يبسط عملية الإنتاج ويجعلها أكثر قابلية للتطوير.

تمتد آثار هذا البحث إلى مجالات مختلفة. في التحفيز الصناعي، يمكن أن تحل RHPs محل أو تعزز المحفزات المعدنية التقليدية، مما يؤدي إلى عمليات كيميائية أكثر كفاءة واستدامة. في تطوير الأدوية، يمكن استخدامها لإنشاء عوامل علاجية جديدة أو أنظمة توصيل الأدوية. يسلط التطور الضوء أيضًا على الدور المتزايد للذكاء الاصطناعي (AI) في علم المواد. تضمن تحليل المواقع النشطة للبروتينات المعدنية، الذي وجه تصميم RHPs، استخدام الأدوات الحاسوبية وقواعد البيانات، مما يدل على كيف يمكن للذكاء الاصطناعي تسريع اكتشاف مواد جديدة.

بالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لمواصلة تحسين تصميم RHPs واستكشاف تطبيقاتها في مجالات مختلفة. كما يهدفون إلى تطوير طرق تعتمد على الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بخصائص RHPs، مما قد يزيد من تسريع عملية الاكتشاف. تفتح القدرة على إنشاء محاكيات إنزيم اصطناعية بخصائص مصممة خصيصًا إمكانيات جديدة لمواجهة التحديات في مختلف المجالات، من الطاقة والبيئة إلى الطب والتصنيع.