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

El estudio 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 crucial para su función ha seguido siendo difícil de alcanzar. Los investigadores proponen que, al programar la disposición espacial y temporal de las cadenas laterales a nivel segmentario en los polímeros, es posible replicar los comportamientos de las proteínas. También sugieren que la libertad de rotación de los polímeros puede compensar las limitaciones en la especificidad de la secuencia de monómeros, lo que lleva a un comportamiento consistente en todo el conjunto.

Los investigadores introdujeron monómeros clave en los HPA, 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 pseudo-sitios activos. Estos sitios proporcionan a los monómeros clave un microentorno similar al que se encuentra en las proteínas.

"Estamos creando esencialmente versiones simplificadas de los sitios activos de las enzimas dentro de estos polímeros", explicó el Dr. [Fictional Name], autor principal del estudio y profesor de ciencia de los materiales en [Fictional University]. "Esto nos permite lograr actividad catalítica sin necesidad de la estructura precisa y compleja de una enzima natural".

Las implicaciones de esta investigación son significativas para varios campos, incluidos la catálisis, la administración de fármacos y la ciencia de los materiales. Las imitaciones de enzimas podrían potencialmente reemplazar a las enzimas naturales en los procesos industriales, ofreciendo mayor estabilidad y capacidad de ajuste. En la administración de fármacos, estos polímeros podrían diseñarse para dirigirse a células o tejidos específicos, liberando fármacos de forma controlada.

El desarrollo de estos HPA se basa en los avances en la química de polímeros y el análisis computacional. La IA desempeñó un papel crucial en el análisis de los sitios activos de las metaloproteínas, identificando características clave que luego se incorporaron al diseño de los HPA. Se utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para optimizar la composición y la estructura de los polímeros, asegurando que exhibieran la actividad catalítica deseada.

"La IA se está convirtiendo en una herramienta indispensable en la ciencia de los materiales", dijo el Dr. [Fictional Name], un químico computacional no involucrado en el estudio. "Nos permite explorar vastos espacios químicos e identificar candidatos prometedores para nuevos materiales con funciones específicas".

El estado actual de la investigación implica una mayor optimización de los HPA y la exploración de sus posibles aplicaciones. Los investigadores también están trabajando en el desarrollo de nuevos métodos para sintetizar estos polímeros a mayor escala. Los desarrollos futuros podrían incluir la creación de HPA con funciones aún más complejas, lo que podría conducir al desarrollo de enzimas artificiales que superen a sus contrapartes naturales.