Investigadores han desarrollado heteropolímeros aleatorios (HPA) que imitan a las enzimas, lo que podría revolucionar la catálisis industrial y el desarrollo de fármacos. El estudio, publicado en Nature, detalla cómo estos polímeros sintéticos, creados mediante una síntesis "one-pot", pueden replicar el comportamiento de las proteínas posicionando estratégicamente las cadenas laterales para crear microentornos similares a los de las proteínas.

El equipo, inspirado en los sitios activos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, diseñó HPA con monómeros clave que actúan como equivalentes a los residuos funcionales de las proteínas. Mediante la modulación estadística de las características químicas de estos segmentos que contienen monómeros, como la hidrofobicidad segmentaria, los investigadores pudieron crear sitios pseudoactivos dentro de los polímeros. Este enfoque aprovecha la libertad de rotación de los polímeros para superar las limitaciones en la especificidad de la secuencia de monómeros, logrando un comportamiento uniforme en todo el conjunto.

"Proponemos que, para los polímeros con químicas de cadena principal diferentes a las de las proteínas, la programación de proyecciones espaciales y temporales de las cadenas laterales a nivel segmentario puede ser eficaz para replicar los comportamientos de las proteínas", afirmaron los investigadores en su publicación.

El desarrollo de estos miméticos enzimáticos aborda un desafío de larga data en la replicación sintética de las funciones proteicas. Si bien los científicos han avanzado en la replicación de las estructuras primaria, secundaria y terciaria de las proteínas, lograr las heterogeneidades químicas, estructurales y dinámicas cruciales para la función proteica ha seguido siendo difícil.

Las implicaciones de esta investigación son significativas. Las enzimas son catalizadores esenciales en numerosos procesos industriales, desde la producción de productos farmacéuticos hasta la creación de biocombustibles. Sin embargo, las enzimas naturales pueden ser costosas de producir y, a menudo, requieren condiciones específicas para funcionar eficazmente. Los HPA ofrecen una alternativa potencialmente más robusta y rentable.

Además, el diseño de estos polímeros incorpora principios de inteligencia artificial. Los investigadores analizaron un vasto conjunto de datos de sitios activos de metaloproteínas para identificar las características clave para imitar la función enzimática. Este enfoque basado en datos destaca el creciente papel de la IA en la ciencia de los materiales, lo que permite a los investigadores diseñar materiales con propiedades y funciones específicas.

"Guiados por el análisis del sitio activo de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, diseñamos heteropolímeros aleatorios (HPA) como miméticos enzimáticos basados en la síntesis "one-pot"", explica el estudio.

El uso de la IA en este contexto también plantea importantes consideraciones sociales. A medida que la IA se integra más en la investigación científica, es fundamental garantizar que estas tecnologías se utilicen de manera responsable y ética. Esto incluye abordar los posibles sesgos en los conjuntos de datos y garantizar la transparencia en los procesos de diseño impulsados por la IA.

Los próximos pasos para esta investigación implican optimizar aún más el diseño de los HPA y explorar sus aplicaciones en diversos contextos industriales y biomédicos. Los investigadores también están investigando el potencial del uso de la IA para diseñar miméticos enzimáticos aún más complejos y sofisticados. El desarrollo de estos HPA representa un importante paso adelante en el campo de los materiales bioinspirados y destaca el potencial de la IA para acelerar el descubrimiento científico.