Según un estudio publicado en Nature, investigadores han desarrollado heteropolímeros aleatorios (RHPs, por sus siglas en inglés) que imitan a las enzimas, ofreciendo un nuevo enfoque para la creación de materiales sintéticos con funciones similares a las de las proteínas. El equipo, inspirándose en los sitios activos de aproximadamente 1300 metaloproteínas, diseñó estos RHPs utilizando un método de síntesis "one-pot", creando eficazmente imitaciones de enzimas.

La investigación aborda un desafío de larga data en la replicación sintética de las complejas funciones de las proteínas. Si bien los científicos han logrado avances en la imitación de las estructuras primaria, secundaria y terciaria de las proteínas, lograr la heterogeneidad química, estructural y dinámica que impulsa su función ha seguido siendo difícil de alcanzar. El enfoque del equipo se centra en programar la disposición espacial y temporal de las cadenas laterales a nivel segmentario dentro de polímeros que difieren químicamente de las proteínas. Esto permite que los polímeros repliquen los comportamientos de las proteínas, aprovechando la libertad de rotación de la cadena principal del polímero para compensar las limitaciones en la especificidad de la secuencia de monómeros.

Los investigadores introdujeron monómeros clave en los RHPs, actuando como equivalentes a los residuos funcionales que se encuentran en las proteínas. Modularon estadísticamente las características químicas de los segmentos que contienen estos monómeros clave, incluida la hidrofobicidad segmentaria, para crear sitios pseudoactivos. Estos sitios proporcionan a los monómeros clave un microentorno similar al que se encuentra en las proteínas.

"Al centrarnos en el nivel segmentario y modular estadísticamente las características químicas, pudimos crear RHPs que exhiben microentornos similares a los de las proteínas", señalaron los autores del estudio.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a varios campos, incluidos la catálisis, la administración de fármacos y la ciencia de los materiales. La capacidad de crear imitaciones sintéticas de enzimas podría conducir al desarrollo de nuevos catalizadores para procesos industriales, sistemas de administración de fármacos más específicos y materiales novedosos con funcionalidades mejoradas.

El desarrollo de estos RHPs también destaca el potencial de la IA y el análisis computacional en el diseño de materiales. Los investigadores utilizaron datos de una gran cantidad de metaloproteínas para guiar el diseño de sus polímeros, lo que demuestra cómo la IA puede acelerar el descubrimiento de nuevos materiales con propiedades específicas. Este enfoque podría aplicarse al diseño de otros materiales funcionales, allanando el camino para una nueva era en el descubrimiento de materiales.

De cara al futuro, los investigadores planean optimizar aún más el diseño de los RHPs y explorar sus aplicaciones en diversos campos. También pretenden desarrollar nuevos métodos para controlar la disposición espacial y temporal de los monómeros dentro de los polímeros, lo que podría conducir a imitaciones de enzimas aún más sofisticadas. El equipo espera que su trabajo inspire más investigaciones sobre el diseño de materiales funcionales utilizando enfoques bioinspirados.