Des chercheurs ont développé des hétéropolymères aléatoires synthétiques (HAPs) qui imitent la fonction des enzymes, offrant une nouvelle approche pour la création de matériaux bio-inspirés. Les résultats, publiés dans Nature, détaillent comment ces HAPs, synthétisés dans une réaction monotope, peuvent reproduire les comportements des protéines en positionnant stratégiquement les chaînes latérales au niveau segmentaire.

L'équipe, guidée par l'analyse d'environ 1 300 sites actifs de métalloprotéines, a conçu les HAPs pour qu'ils fonctionnent comme des mimétiques d'enzymes. Ils ont introduit des monomères spécifiques comme équivalents des résidus fonctionnels présents dans les protéines et ont modulé statistiquement les caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères clés, y compris l'hydrophobicité segmentaire. Ce processus a abouti à la formation de pseudo-sites actifs au sein des HAPs, fournissant aux monomères clés un microenvironnement similaire à celui que l'on trouve dans les protéines.

"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 publication. Ils ont également noté que la liberté de rotation des chaînes polymères aide à surmonter les limitations de la spécificité de la séquence des monomères, conduisant à un comportement uniforme dans l'ensemble des HAPs.

Le développement de ces mimétiques d'enzymes a des implications importantes pour divers domaines, notamment la catalyse, l'administration de médicaments et la science des matériaux. En créant des polymères synthétiques capables d'exercer des fonctions similaires à celles des enzymes naturelles, les scientifiques peuvent potentiellement concevoir de nouveaux catalyseurs pour les processus industriels, développer des systèmes d'administration de médicaments ciblés et créer de nouveaux matériaux dotés de propriétés améliorées.

Le concept d'utilisation d'hétéropolymères aléatoires pour imiter la fonction enzymatique est enraciné dans la compréhension que la fonctionnalité des protéines découle de leurs structures tridimensionnelles complexes et de l'arrangement spécifique des résidus d'acides aminés au sein de leurs sites actifs. Bien que la reproduction synthétique de la structure précise des protéines se soit avérée difficile, cette recherche démontre qu'il est possible d'obtenir une fonctionnalité similaire en contrôlant soigneusement les caractéristiques chimiques des segments polymères.

Les chercheurs estiment que cette approche offre une voie plus accessible pour créer des matériaux bio-inspirés dotés d'une activité de type enzymatique. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui nécessitent un contrôle précis de la séquence des monomères, la synthèse monotope des HAPs permet de créer des bibliothèques diverses de polymères aux propriétés chimiques variables. Cette approche combinatoire peut accélérer la découverte de nouveaux mimétiques d'enzymes dotés de fonctionnalités adaptées.

Les prochaines étapes de cette recherche consistent à optimiser davantage la conception des HAPs afin d'améliorer leur activité catalytique et leur sélectivité. L'équipe prévoit également d'explorer le potentiel de ces matériaux pour des applications dans des domaines tels que la biodétection et la dépollution de l'environnement. La capacité de créer des polymères synthétiques qui imitent la fonction des enzymes ouvre de nouvelles possibilités pour relever les défis dans divers domaines, de la médecine à la fabrication.