Según un estudio publicado en Nature, investigadores han desarrollado polímeros sintéticos que imitan la función de las enzimas, lo que podría revolucionar la catálisis industrial y el desarrollo de fármacos. El equipo se centró en la creación de heteropolímeros aleatorios (RHPs, por sus siglas en inglés) capaces de replicar los sitios activos de las metaloproteínas, que son proteínas que contienen iones metálicos que desempeñan funciones cruciales en los procesos biológicos.

La investigación 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 avanzado en la imitación de la jerarquía estructural de las proteínas, lograr una complejidad funcional similar ha seguido siendo difícil de alcanzar. El enfoque del equipo consistió en diseñar RHPs con características químicas específicas, guiados por el análisis de más de 1300 sitios activos de metaloproteínas. Introdujeron monómeros clave, que actúan como equivalentes de residuos de aminoácidos funcionales en las proteínas, y modularon estadísticamente las propiedades químicas de los segmentos que contienen estos monómeros, como la hidrofobicidad segmentaria, o propiedades de repelencia al agua.

"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 artículo. Los RHPs resultantes forman sitios pseudoactivos, proporcionando a los monómeros clave microentornos similares a los de las proteínas, lo que les permite realizar funciones catalíticas.

La importancia de este desarrollo radica en su potencial para superar las limitaciones asociadas a las enzimas naturales. Las enzimas naturales suelen ser caras de producir, sensibles a las condiciones ambientales y difíciles de modificar para aplicaciones específicas. Los miméticos enzimáticos sintéticos, por otro lado, pueden diseñarse y sintetizarse más fácilmente, suelen ser más robustos y pueden adaptarse a necesidades específicas.

El diseño de estos RHPs aprovecha la libertad de rotación de los polímeros para compensar la falta de secuenciación precisa de los monómeros que se encuentra en las proteínas. Esto permite la creación de materiales con un comportamiento uniforme a nivel del conjunto, incluso sin un control perfecto de la secuencia. Los investigadores utilizaron un método de síntesis "one-pot", que simplifica el proceso de producción y lo hace más escalable.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a varios campos. En la catálisis industrial, los RHPs podrían sustituir o complementar a los catalizadores metálicos tradicionales, lo que conduciría a procesos químicos más eficientes y sostenibles. En el desarrollo de fármacos, podrían utilizarse para crear nuevos agentes terapéuticos o sistemas de administración de fármacos. El desarrollo también destaca el creciente papel de la inteligencia artificial (IA) en la ciencia de los materiales. El análisis de los sitios activos de las metaloproteínas, que guio el diseño de los RHPs, implicó el uso de herramientas computacionales y bases de datos, lo que demuestra cómo la IA puede acelerar el descubrimiento de nuevos materiales.

De cara al futuro, los investigadores planean seguir perfeccionando el diseño de los RHPs y explorar sus aplicaciones en diferentes áreas. También pretenden desarrollar métodos basados en la IA para predecir las propiedades de los RHPs, lo que podría acelerar aún más el proceso de descubrimiento. La capacidad de crear miméticos enzimáticos sintéticos con propiedades adaptadas abre nuevas posibilidades para abordar los retos en diversos campos, desde la energía y el medio ambiente hasta la medicina y la fabricación.