Selon une étude publiée dans Nature, des chercheurs ont mis au point des polymères synthétiques qui imitent la fonction des enzymes, offrant ainsi une nouvelle approche pour la création de catalyseurs artificiels. L'équipe s'est concentrée sur les hétéropolymères aléatoires (HPA), qui sont des polymères composés de différents monomères disposés de manière aléatoire, afin de reproduire les propriétés chimiques et structurales complexes des protéines.

Les scientifiques se sont inspirés des sites actifs d'environ 1 300 métalloprotéines pour concevoir leurs HPA. Ils ont utilisé une méthode de synthèse monotope pour créer ces polymères, en incorporant des monomères clés qui fonctionnent comme des équivalents aux résidus fonctionnels présents dans les protéines. En contrôlant statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères clés, telles que l'hydrophobicité segmentaire, les chercheurs ont pu créer des pseudo-sites actifs qui fournissent un microenvironnement de type protéique.

"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 également noté que la liberté de rotation des polymères peut compenser le manque de séquençage précis des monomères, ce qui conduit à un comportement cohérent dans l'ensemble des polymères.

Le développement de ces mimétiques d'enzymes pourrait avoir des implications importantes dans divers domaines, notamment la médecine, la science des matériaux et la dépollution de l'environnement. Les enzymes artificielles pourraient potentiellement être utilisées pour catalyser des réactions chimiques dans les processus industriels, développer de nouvelles thérapies médicamenteuses ou décomposer les polluants dans l'environnement.

L'étude met en évidence l'intérêt croissant pour les matériaux bio-inspirés, qui cherchent à reproduire les fonctionnalités complexes que l'on trouve dans les systèmes biologiques. Alors que les efforts précédents se sont concentrés sur la reproduction des structures primaire, secondaire et tertiaire des protéines, cette recherche souligne l'importance des hétérogénéités chimiques, structurales et dynamiques pour obtenir des fonctions de type protéique.

L'un des défis de la création d'enzymes artificielles est d'atteindre le même niveau de spécificité et d'efficacité que les enzymes naturelles. Les enzymes naturelles ont évolué pendant des millions d'années pour catalyser précisément des réactions spécifiques. L'utilisation de l'IA et de l'apprentissage automatique devient de plus en plus importante dans ce domaine, aidant les chercheurs à concevoir et à optimiser des enzymes synthétiques dotées des propriétés souhaitées. Les algorithmes d'IA peuvent analyser de grandes quantités de données sur les structures et les fonctions des protéines afin d'identifier les caractéristiques clés qui contribuent à l'activité catalytique. Ces caractéristiques peuvent ensuite être intégrées dans la conception de polymères synthétiques.

Les chercheurs estiment que le développement ultérieur des HPA et d'autres mimétiques d'enzymes pourrait conduire à une nouvelle génération de catalyseurs aux performances et à la polyvalence améliorées. Les recherches futures se concentreront probablement sur l'amélioration de la conception et de la synthèse de ces polymères, ainsi que sur l'exploration de leurs applications potentielles dans divers domaines. L'équipe prévoit d'étudier l'utilisation de méthodes basées sur l'IA pour affiner davantage la conception des HPA et optimiser leur activité catalytique.