Selon une étude publiée dans Nature, des chercheurs ont réussi à concevoir des hétéropolymères aléatoires (HPA) qui imitent les enzymes, offrant 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 développé ces HPA par le biais d'une synthèse monotope, en introduisant des monomères spécifiques qui agissent comme des équivalents aux résidus fonctionnels présents dans les protéines.

La clé de cette innovation réside dans la modulation statistique des caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères clés, en particulier l'hydrophobicité segmentaire. Ce processus permet aux HPA de former des pseudo-sites actifs, fournissant aux monomères clés un microenvironnement similaire à celui que l'on trouve dans les protéines, leur permettant ainsi de catalyser des réactions.

"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 peut être efficace pour reproduire les comportements des protéines", ont déclaré les chercheurs dans leur article. Ils ont en outre expliqué que l'exploitation de la liberté de rotation des polymères peut compenser les limitations de la spécificité de la séquence monomérique, conduisant à un comportement uniforme au niveau de l'ensemble.

Le développement de ces mimétiques d'enzymes représente une avancée significative dans le domaine de la science des matériaux bio-inspirés. Bien que la reproduction de la structure hiérarchique complexe des protéines soit un défi de longue date, cette recherche suggère que se concentrer sur l'arrangement spatial et temporel des chaînes latérales au sein des polymères peut reproduire efficacement les comportements des protéines. Cette approche contourne la nécessité d'un séquençage précis des monomères, qui est souvent difficile à réaliser synthétiquement.

Les implications de cette recherche s'étendent à divers domaines, notamment la catalyse, l'administration de médicaments et la science des matériaux. Les mimétiques d'enzymes pourraient potentiellement remplacer les enzymes naturelles dans les processus industriels, offrant une plus grande stabilité et une meilleure capacité d'adaptation. Ils pourraient également être utilisés pour développer de nouveaux systèmes d'administration de médicaments ciblant des cellules ou des tissus spécifiques, ou pour créer de nouveaux matériaux dotés de propriétés améliorées.

L'utilisation de l'IA a joué un rôle crucial dans cette recherche, en particulier dans l'analyse des sites actifs des métalloprotéines. Des algorithmes d'apprentissage automatique ont été utilisés pour identifier les caractéristiques et les modèles clés de ces sites actifs, qui ont ensuite servi de base à la conception des HPA. Cela souligne l'importance croissante de l'IA dans la découverte et la conception de matériaux, permettant aux chercheurs d'explorer de vastes espaces chimiques et d'identifier des candidats prometteurs pour de nouveaux matériaux.

Les prochaines étapes de cette recherche consistent à optimiser davantage la conception des HPA et à explorer leurs applications potentielles dans divers domaines. Les chercheurs prévoient également d'étudier l'utilisation de différents monomères et techniques de polymérisation afin de créer une gamme plus large de mimétiques d'enzymes dotés de propriétés adaptées. Ces travaux pourraient ouvrir la voie à une nouvelle génération de matériaux synthétiques dotés de fonctions similaires à celles des protéines, offrant un large éventail d'avantages potentiels pour la société.