Investigadores han desarrollado heteropolímeros aleatorios (RHPs, por sus siglas en inglés) 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 las funciones de las proteínas posicionando estratégicamente monómeros clave para formar pseudo-sitios activos.

El equipo, inspirado en el análisis del sitio activo de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, diseñó los RHPs para modular estadísticamente las características químicas de los segmentos que contienen monómeros clave, como la hidrofobicidad segmentaria. Este enfoque permite que los RHPs proporcionen un microentorno similar al de las proteínas para estos monómeros, permitiéndoles funcionar como imitadores de enzimas. "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 autores en el artículo.

La creación de estos imitadores de enzimas aborda un desafío de larga data en la química sintética: replicar las complejas funciones de las proteínas utilizando materiales no proteicos. Si bien los científicos han replicado con éxito aspectos de la estructura de las proteínas, lograr una similitud funcional ha seguido siendo difícil debido a la heterogeneidad inherente de las proteínas. Los investigadores creen que, al aprovechar la libertad rotacional de los polímeros, pueden superar las limitaciones en la especificidad de la secuencia monomérica y lograr un comportamiento uniforme a nivel del conjunto.

Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance. La producción tradicional de enzimas a menudo se basa en sistemas biológicos, que pueden ser costosos y difíciles de escalar. Los RHPs, por otro lado, se pueden sintetizar en un laboratorio, lo que podría ofrecer una alternativa más eficiente y rentable. Esto podría conducir a avances en varios campos, incluida la catálisis industrial, donde las enzimas se utilizan para acelerar las reacciones químicas, y el desarrollo de fármacos, donde las enzimas desempeñan un papel crucial en el diseño y la administración de fármacos.

El desarrollo de los RHPs también destaca el creciente papel de la inteligencia artificial (IA) en la ciencia de los materiales. Los algoritmos de IA pueden analizar vastos conjuntos de datos de estructuras y funciones de proteínas para identificar características clave que se pueden replicar en materiales sintéticos. Este enfoque basado en datos acelera el proceso de descubrimiento y permite a los investigadores diseñar materiales con propiedades y funciones específicas.

De cara al futuro, los investigadores planean optimizar aún más el diseño de los RHPs y explorar sus posibles aplicaciones en diversas industrias. También pretenden desarrollar nuevas herramientas de IA para ayudar en el diseño y la síntesis de estos materiales. El objetivo final es crear una biblioteca de RHPs que pueda utilizarse para reemplazar o aumentar las enzimas naturales en una amplia gama de aplicaciones.