Des chercheurs ont développé des hétéropolymères aléatoires (HPA) qui imitent les enzymes, offrant une nouvelle approche des matériaux synthétiques dotés de fonctions similaires à celles des protéines, selon une étude publiée dans Nature. L'équipe, s'inspirant des sites actifs d'environ 1 300 métalloprotéines, a conçu ces HPA en utilisant une méthode de synthèse monotope.

Les chercheurs ont introduit des monomères spécifiques dans les polymères, agissant comme des équivalents aux résidus fonctionnels présents dans les protéines. En ajustant statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères clés, telles que l'hydrophobicité segmentaire, l'équipe a créé des pseudo-sites actifs. Ces sites fournissent aux monomères clés un microenvironnement similaire à celui que l'on trouve dans les protéines, leur permettant d'exercer des fonctions similaires à celles des enzymes.

"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 puisse être efficace pour reproduire les comportements des protéines", ont déclaré les auteurs de l'étude. Ils ont également noté que la liberté de rotation des chaînes polymères contribue à surmonter les limitations de la spécificité de la séquence des monomères, ce qui conduit à un comportement cohérent dans l'ensemble des polymères.

Ce développement répond à un défi de longue date : reproduire synthétiquement les fonctions des protéines. Alors que les efforts précédents se sont concentrés sur l'imitation des structures primaire, secondaire et tertiaire des protéines, il est resté difficile d'obtenir l'hétérogénéité chimique, structurelle et dynamique essentielle à la fonction des protéines. Cette nouvelle approche se concentre sur la programmation de l'arrangement spatial et temporel des chaînes latérales au niveau segmentaire, offrant une stratégie différente pour obtenir des comportements similaires à ceux des protéines dans les polymères synthétiques.

Les implications de cette recherche s'étendent à divers domaines, notamment la catalyse, l'administration de médicaments et la science des matériaux. Les mimes d'enzymes pourraient potentiellement remplacer les enzymes naturelles dans les processus industriels, offrant une plus grande stabilité et une meilleure capacité d'adaptation. Dans le domaine de l'administration de médicaments, ces polymères pourraient être conçus pour cibler des cellules ou des tissus spécifiques, libérant ainsi les médicaments de manière contrôlée. En outre, la capacité de créer des matériaux dotés de fonctions similaires à celles des protéines pourrait conduire au développement de nouveaux types de capteurs, d'actionneurs et d'autres matériaux avancés.

Les chercheurs estiment que cette approche pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de matériaux bio-inspirés dotés de fonctionnalités et d'une polyvalence accrues. Les recherches futures se concentreront sur l'optimisation de la conception de ces HPA et sur l'exploration de leurs applications potentielles dans divers domaines. L'équipe prévoit également d'étudier l'utilisation de l'IA et de l'apprentissage automatique pour affiner davantage le processus de conception et prédire le comportement de ces polymères complexes.