Selon une étude publiée dans Nature, des chercheurs ont mis au point des hétéropolymères aléatoires (HPA) qui imitent les enzymes, offrant ainsi une nouvelle approche pour créer des matériaux synthétiques dotés de fonctions similaires à celles des protéines. L'équipe, s'inspirant des sites actifs d'environ 1 300 métalloprotéines, a conçu ces HPA à l'aide d'une méthode de synthèse monotope, créant ainsi des mimétiques enzymatiques efficaces.

La recherche s'attaque à un défi de longue date : reproduire synthétiquement les fonctions complexes des protéines. Bien que les scientifiques aient fait des progrès dans l'imitation des structures primaire, secondaire et tertiaire des protéines, la réalisation de l'hétérogénéité chimique, structurale et dynamique qui motive leur fonction est restée hors de portée. L'approche de l'équipe se concentre sur la programmation de l'agencement spatial et temporel des chaînes latérales au niveau segmentaire au sein de polymères qui diffèrent chimiquement des protéines. Cela permet aux polymères de reproduire les comportements des protéines, en tirant parti de la liberté de rotation du squelette polymère pour compenser les limitations de la spécificité de la séquence des monomères.

Les chercheurs ont introduit des monomères clés dans les HPA, agissant comme des équivalents aux résidus fonctionnels présents dans les protéines. Ils ont modulé statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères clés, y compris l'hydrophobicité segmentaire, afin de créer des pseudo-sites actifs. Ces sites fournissent aux monomères clés un microenvironnement similaire à celui que l'on trouve dans les protéines.

"En nous concentrant sur le niveau segmentaire et en modulant statistiquement les caractéristiques chimiques, nous avons pu créer des HPA qui présentent des microenvironnements similaires à ceux des protéines", ont noté les auteurs de l'étude.

Les implications de cette recherche s'étendent à divers domaines, notamment la catalyse, l'administration de médicaments et la science des matériaux. La capacité de créer des mimétiques enzymatiques synthétiques pourrait conduire au développement de nouveaux catalyseurs pour les processus industriels, de systèmes d'administration de médicaments plus ciblés et de nouveaux matériaux dotés de fonctionnalités améliorées.

Le développement de ces HPA met également en évidence le potentiel de l'IA et de l'analyse computationnelle dans la conception des matériaux. Les chercheurs ont utilisé les données d'un grand nombre de métalloprotéines pour guider la conception de leurs polymères, démontrant ainsi comment l'IA peut accélérer la découverte de nouveaux matériaux dotés de propriétés spécifiques. Cette approche pourrait être appliquée à la conception d'autres matériaux fonctionnels, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle ère de découverte de matériaux.

Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'optimiser davantage la conception des HPA et d'explorer leurs applications dans divers domaines. Ils visent également à développer de nouvelles méthodes pour contrôler l'agencement spatial et temporel des monomères au sein des polymères, ce qui pourrait conduire à des mimétiques enzymatiques encore plus sophistiqués. L'équipe espère que ses travaux inspireront d'autres recherches sur la conception de matériaux fonctionnels utilisant des approches bio-inspirées.