Selon une étude publiée dans Nature, des chercheurs ont mis au point des hétéropolymères aléatoires (HPA) qui imitent les enzymes, ce qui pourrait révolutionner la catalyse industrielle et le développement de médicaments. 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 enzymes artificielles dotées de micro-environnements semblables à ceux des protéines.

L'étude aborde un défi de longue date en science des matériaux : reproduire les fonctions complexes des protéines à l'aide de matériaux synthétiques. Bien que les scientifiques aient fait des progrès dans l'imitation de la hiérarchie structurelle des protéines, il s'est avéré difficile d'obtenir une similarité fonctionnelle. Les chercheurs proposent qu'en contrôlant soigneusement la disposition spatiale et temporelle des chaînes latérales dans les polymères, ils peuvent reproduire les comportements des protéines, même avec des squelettes différents de ceux des protéines.

"Nous introduisons des monomères clés comme équivalents des résidus fonctionnels des protéines et modulons statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant des monomères clés, telles que l'hydrophobicité segmentaire", ont déclaré les chercheurs dans leur article. Cette approche permet aux HPA de former des pseudo-sites actifs, fournissant aux monomères clés des micro-environnements similaires à ceux que l'on trouve dans les enzymes naturelles.

Les implications de cette recherche sont considérables. Les enzymes sont des catalyseurs essentiels dans un large éventail de processus industriels, de la production de produits pharmaceutiques à la dégradation des polluants. Cependant, les enzymes naturelles peuvent être coûteuses à produire et nécessitent souvent des conditions spécifiques pour fonctionner de manière optimale. Les HPA offrent une alternative potentielle qui pourrait être plus rentable et plus robuste.

De plus, la conception de ces HPA exploite la liberté de rotation des polymères, atténuant ainsi les lacunes de la spécificité de la séquence monomérique et permettant d'obtenir une uniformité de comportement au niveau de l'ensemble. Ceci est important car cela suggère que des fonctions complexes peuvent être réalisées même sans un contrôle précis de la séquence des monomères, ce qui simplifie le processus de synthèse.

Le développement de ces imitations d'enzymes met également en évidence le rôle croissant de l'intelligence artificielle dans la science des matériaux. Les chercheurs ont utilisé les données d'un grand nombre de métalloprotéines pour guider la conception de leurs HPA, démontrant ainsi comment l'IA peut accélérer la découverte de nouveaux matériaux dotés des propriétés souhaitées. Cette approche pourrait être appliquée à la conception d'autres matériaux fonctionnels, tels que les capteurs et les systèmes d'administration de médicaments.

Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'optimiser davantage la conception des HPA et d'explorer leurs applications potentielles dans divers domaines. Cela comprend l'étude de leur utilisation dans la catalyse industrielle, le développement de médicaments et la dépollution de l'environnement. Le développement de ces imitations d'enzymes représente un pas en avant significatif dans le domaine des matériaux bio-inspirés et pourrait avoir un impact transformateur sur la société.