Des chercheurs ont développé des polymères synthétiques qui imitent la fonction des enzymes, ce qui pourrait révolutionner la catalyse industrielle et le développement de médicaments. L'étude, publiée dans Nature, détaille comment des hétéropolymères aléatoires (HPA) ont été conçus pour reproduire les sites actifs des métalloprotéines, atteignant une activité de type enzymatique sans dépendre de la structure complexe des protéines naturelles.

L'équipe, guidée par l'analyse d'environ 1 300 sites actifs de métalloprotéines, a créé des HPA par le biais d'une synthèse monotope, une méthode qui simplifie le processus de création. Des monomères clés, agissant comme des équivalents aux résidus fonctionnels des protéines, ont été modulés statistiquement pour contrôler les caractéristiques chimiques comme l'hydrophobicité segmentaire. Cette modulation a permis aux HPA de former des pseudo-sites actifs, fournissant aux monomères clés des micro-environnements de type protéique.

"Nous proposons que pour les polymères dont la chimie de la chaîne principale 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 publication. Ils ont en outre expliqué que la liberté de rotation des chaînes polymères aide à surmonter les limitations de la spécificité de la séquence monomère, conduisant à un comportement cohérent dans l'ensemble des polymères.

Le développement de ces mimétiques d'enzymes a des implications importantes pour divers domaines. L'ingénierie enzymatique traditionnelle est souvent limitée par la complexité de la structure des protéines et la difficulté de modifier les sites actifs. Les HPA offrent une approche plus flexible et potentiellement plus évolutive. Cela pourrait conduire à la création de catalyseurs adaptés à des processus industriels spécifiques, réduisant ainsi les déchets et la consommation d'énergie. Dans le développement de médicaments, les mimétiques d'enzymes pourraient être utilisés pour cibler les protéines liées aux maladies ou pour synthétiser des molécules médicamenteuses complexes plus efficacement.

La conception de ces HPA exploite les principes de l'IA et de l'apprentissage automatique. En analysant un vaste ensemble de données de sites actifs de métalloprotéines, les chercheurs ont identifié les caractéristiques et les relations clés qui ont ensuite été intégrées dans la conception des polymères synthétiques. Cette approche axée sur les données met en évidence le rôle croissant de l'IA dans la science des matériaux et la biotechnologie. "L'exploitation de la liberté de rotation du polymère peut atténuer les lacunes de la spécificité de la séquence monomère et atteindre l'uniformité du comportement au niveau de l'ensemble", a noté l'étude, indiquant l'importance de la compréhension de la dynamique des polymères grâce à la modélisation computationnelle.

Cependant, des défis subsistent. Bien que les HPA démontrent une activité de type enzymatique, leur efficacité et leur spécificité peuvent ne pas encore égaler celles des enzymes naturelles. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser la conception de ces polymères et pour explorer leurs applications potentielles dans différents contextes. L'équipe prévoit d'étudier des méthodes pour améliorer l'activité catalytique des HPA et pour élargir la gamme de réactions qu'ils peuvent catalyser. Ils explorent également l'utilisation de l'IA pour prédire les propriétés de différentes conceptions de HPA, accélérant ainsi le processus de développement.

La création d'hétéropolymères aléatoires en tant que mimétiques d'enzymes représente une avancée significative dans la science des matériaux bio-inspirés. En combinant les connaissances de l'ingénierie des protéines, de la chimie des polymères et de l'intelligence artificielle, les chercheurs ouvrent la voie à une nouvelle génération de catalyseurs synthétiques ayant le potentiel de transformer les industries et d'améliorer la santé humaine.