Según un estudio publicado en Nature, investigadores han desarrollado heteropolímeros aleatorios (HPA) que imitan a las enzimas, lo que podría revolucionar la catálisis industrial y el desarrollo de fármacos. El equipo, inspirándose en los sitios activos de aproximadamente 1300 metaloproteínas, diseñó estos HPA utilizando un método de síntesis "one-pot", creando eficazmente enzimas artificiales.

El estudio aborda un desafío de larga data en la ciencia de los materiales: replicar las complejas funciones de las proteínas utilizando materiales sintéticos. Si bien los científicos han logrado avances en la imitación de la jerarquía estructural de las proteínas, lograr una similitud funcional ha resultado difícil debido a las intrincadas heterogeneidades químicas, estructurales y dinámicas inherentes a las enzimas naturales. Los investigadores proponen que, controlando cuidadosamente la disposición espacial y temporal de las cadenas laterales en los polímeros, pueden replicar eficazmente los comportamientos de las proteínas, incluso con químicas de cadena principal diferentes a las de las proteínas.

La clave de su enfoque radica en la modulación estadística de las características químicas de los segmentos que contienen monómeros clave, como la hidrofobicidad segmentaria. Esto permite que los HPA formen pseudo-sitios activos, proporcionando a los monómeros clave un microentorno similar al de las proteínas. "Introducimos monómeros clave como los equivalentes de los residuos funcionales de las proteínas", afirmaron los investigadores en su artículo, destacando la naturaleza biomimética de su diseño.

Este desarrollo tiene implicaciones significativas para varios campos. Las enzimas se utilizan ampliamente en procesos industriales, desde la producción de alimentos hasta la síntesis de biocombustibles. Los miméticos de enzimas sintéticas podrían ofrecer ventajas como una mayor estabilidad, menores costos de producción y la capacidad de funcionar en entornos hostiles donde las enzimas naturales se degradarían. Además, la capacidad de diseñar miméticos de enzimas con actividades catalíticas específicas podría acelerar el descubrimiento y desarrollo de fármacos.

El concepto de utilizar heteropolímeros aleatorios para imitar enzimas aprovecha los principios de la inteligencia artificial, específicamente en el análisis de grandes conjuntos de datos de estructuras de proteínas. Al analizar los sitios activos de miles de metaloproteínas, los investigadores pudieron identificar características clave y principios de diseño que podrían traducirse en polímeros sintéticos. Este enfoque basado en datos destaca el creciente papel de la IA en la ciencia de los materiales, permitiendo a los investigadores descubrir y diseñar nuevos materiales con propiedades sin precedentes.

Sin embargo, aún quedan desafíos. Si bien los HPA demostraron una actividad similar a la de las enzimas prometedora, su eficiencia catalítica aún no puede igualar la de las enzimas naturales. Se necesita más investigación para optimizar el diseño y la síntesis de HPA para mejorar su rendimiento. Además, la estabilidad a largo plazo y la biocompatibilidad de estos materiales deben evaluarse exhaustivamente antes de que puedan adoptarse ampliamente en aplicaciones industriales o biomédicas.

Los investigadores ahora se están centrando en explorar diferentes combinaciones de monómeros y métodos de síntesis para mejorar aún más la actividad catalítica y la selectividad de los HPA. También están investigando el potencial del uso de la IA para predecir las propiedades de los HPA en función de su composición y secuencia de monómeros, lo que podría acelerar significativamente el proceso de diseño. El desarrollo de estos miméticos de enzimas representa un paso significativo hacia la creación de materiales bioinspirados con funcionalidades personalizadas, abriendo nuevas posibilidades para la química sostenible y el diseño de materiales avanzados.