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 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 imitations d'enzymes dotées de caractéristiques chimiques statistiquement modulées.
La recherche s'attaque à un défi de longue date : reproduire synthétiquement les fonctions complexes des protéines. Si la reproduction de la hiérarchie structurelle des protéines a connu un certain succès, la réalisation de leur hétérogénéité fonctionnelle est restée difficile à atteindre. Les chercheurs proposent qu'en programmant l'arrangement spatial et temporel des chaînes latérales au niveau segmentaire dans les polymères, il est possible d'imiter les comportements des protéines. De plus, la liberté de rotation inhérente aux polymères peut compenser le manque de séquençage précis des monomères, ce qui conduit à un comportement uniforme dans l'ensemble.
"Nous introduisons des monomères clés comme équivalents des résidus fonctionnels des protéines et nous modulons statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant des monomères clés, comme l'hydrophobicité segmentaire", ont noté les auteurs de l'étude. Cette approche permet aux HPA de former des pseudo-sites actifs, fournissant aux monomères clés un microenvironnement semblable à celui des protéines.
Les implications de cette recherche sont importantes et pourraient avoir un impact sur divers domaines, notamment la catalyse, l'administration de médicaments et la science des matériaux. Les imitations d'enzymes pourraient offrir des alternatives plus stables et plus rentables aux enzymes naturelles dans les processus industriels. La capacité de concevoir des polymères dotés de fonctionnalités spécifiques ouvre la voie à la création de nouveaux matériaux aux propriétés adaptées.
Le développement de ces HPA met également en évidence le rôle croissant de l'intelligence artificielle (IA) dans la science des matériaux. Les chercheurs ont utilisé les données d'un grand nombre de métalloprotéines pour guider la conception de leurs polymères. Les algorithmes d'IA peuvent analyser de vastes ensembles de données afin d'identifier des schémas et des relations qu'il serait difficile pour les humains de discerner, ce qui accélère la découverte de nouveaux matériaux. Cette approche s'inscrit dans la tendance plus large consistant à utiliser l'IA pour optimiser les propriétés des matériaux et concevoir de nouvelles molécules dotées de fonctions spécifiques.
Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'affiner davantage la conception des HPA et d'explorer leurs applications dans divers domaines. La capacité de créer des matériaux synthétiques qui imitent les fonctions des protéines pourrait révolutionner de nombreuses industries, en offrant de nouvelles solutions à des problèmes complexes. L'étude représente une avancée significative dans la quête de la création d'enzymes artificielles et de matériaux fonctionnels.
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