Des chercheurs ont mis au point des polymères synthétiques qui imitent la fonction des enzymes, offrant une nouvelle approche pour la création de catalyseurs artificiels. L'étude, publiée dans Nature, détaille comment des hétéropolymères aléatoires (HPA) ont été conçus pour reproduire les sites actifs des métalloprotéines, ce qui pourrait conduire à des avancées dans divers domaines, notamment la médecine et la science des matériaux.

L'équipe, guidée par l'analyse d'environ 1 300 sites actifs de métalloprotéines, a synthétisé des HPA en utilisant une méthode monotope. Celle-ci consistait à introduire des monomères spécifiques qui agissent comme des équivalents aux résidus fonctionnels présents dans les protéines. En modulant statistiquement les caractéristiques chimiques de ces segments clés contenant des monomères, telles que l'hydrophobicité segmentaire, les chercheurs ont créé des pseudo-sites actifs qui fournissent aux monomères clés des micro-environnements semblables à ceux des protéines.

« Nous proposons que, pour les polymères dont la chimie du squelette est différente de celle des protéines, la programmation des projections spatiales et temporelles des chaînes latérales au niveau segmentaire puisse être efficace pour reproduire les comportements des protéines », ont déclaré les chercheurs dans leur publication. Ils ont également noté que l'exploitation de la liberté de rotation des polymères peut compenser les limitations de la spécificité de la séquence monomérique et permettre d'obtenir un comportement uniforme au niveau de l'ensemble.

Le développement de ces mimes d'enzymes est important car il répond au défi de la réplication synthétique des hétérogénéités chimiques, structurelles et dynamiques complexes des protéines. Alors que les efforts précédents se sont concentrés sur la réplication des structures primaires, secondaires et tertiaires des protéines, la réalisation d'une réplication fonctionnelle est restée difficile. Cette nouvelle approche se concentre sur la programmation de l'arrangement spatial et temporel des chaînes latérales au niveau segmentaire, permettant la création de polymères capables d'imiter efficacement les comportements des protéines.

Les implications de cette recherche sont considérables. Les mimes d'enzymes pourraient être utilisés dans diverses applications, notamment l'administration de médicaments, la biodétection et la catalyse industrielle. Par exemple, ils pourraient être conçus pour catalyser des réactions spécifiques dans la fabrication chimique, ce qui pourrait conduire à des processus plus efficaces et plus durables. En médecine, ils pourraient être utilisés pour cibler et détruire les cellules cancéreuses ou pour administrer des médicaments directement aux tissus malades.

L'utilisation de l'IA a joué un rôle crucial dans la conception et l'optimisation de ces HPA. Des algorithmes d'apprentissage automatique ont été utilisés pour analyser les sites actifs des métalloprotéines et identifier les caractéristiques clés qui contribuent à leur activité catalytique. Ces informations ont ensuite été utilisées pour guider la conception des HPA, en veillant à ce qu'ils possèdent les propriétés chimiques et structurelles nécessaires pour fonctionner comme des mimes d'enzymes.

Les chercheurs estiment que cette approche représente une avancée significative dans le domaine des matériaux bio-inspirés. En exploitant la puissance de l'IA et des techniques de synthèse avancées, ils ont créé une nouvelle classe de matériaux capables d'accomplir des fonctions complexes avec une grande précision. Les prochaines étapes consisteront à optimiser davantage la conception de ces HPA et à explorer leurs applications potentielles dans divers domaines. L'équipe prévoit également d'étudier l'utilisation de différents types de monomères et de polymères afin de créer une gamme encore plus large de mimes d'enzymes.