Des chercheurs ont développé des hétéropolymères aléatoires (HPA) qui imitent les enzymes, ce qui pourrait révolutionner la catalyse industrielle et le développement de médicaments. L'étude, publiée dans Nature, détaille comment ces polymères synthétiques, créés par une synthèse monotope, peuvent reproduire les fonctions des protéines en positionnant stratégiquement des monomères clés pour former des pseudo-sites actifs.

L'équipe, inspirée par l'analyse du site actif d'environ 1 300 métalloprotéines, a conçu les HPA pour moduler statistiquement les caractéristiques chimiques de segments contenant des monomères clés, telles que l'hydrophobicité segmentaire. Cette approche permet aux HPA de fournir un microenvironnement de type protéique à ces monomères, leur permettant de fonctionner comme des mimétiques d'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 peut être efficace pour reproduire les comportements des protéines", ont déclaré les auteurs dans l'article.

La création de ces mimétiques d'enzymes répond à un défi de longue date en chimie synthétique : reproduire les fonctions complexes des protéines en utilisant des matériaux non protéiques. Bien que les scientifiques aient réussi à reproduire certains aspects de la structure des protéines, la réalisation d'une similarité fonctionnelle est restée difficile en raison de l'hétérogénéité inhérente des protéines. Les chercheurs pensent qu'en tirant parti de la liberté de rotation des polymères, ils peuvent surmonter les limitations de la spécificité de la séquence monomérique et obtenir un comportement uniforme au niveau de l'ensemble.

Les implications de cette recherche sont considérables. La production traditionnelle d'enzymes repose souvent sur des systèmes biologiques, qui peuvent être coûteux et difficiles à mettre à l'échelle. Les HPA, en revanche, peuvent être synthétisés en laboratoire, ce qui pourrait offrir une alternative plus efficace et plus rentable. Cela pourrait conduire à des avancées dans divers domaines, notamment la catalyse industrielle, où les enzymes sont utilisées pour accélérer les réactions chimiques, et le développement de médicaments, où les enzymes jouent un rôle crucial dans la conception et l'administration des médicaments.

Le développement des HPA met également en évidence le rôle croissant de l'intelligence artificielle (IA) dans la science des matériaux. Les algorithmes d'IA peuvent analyser de vastes ensembles de données de structures et de fonctions protéiques pour identifier les caractéristiques clés qui peuvent être reproduites dans des matériaux synthétiques. Cette approche axée sur les données accélère le processus de découverte et permet aux chercheurs de concevoir des matériaux dotés de propriétés et de fonctions spécifiques.

Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'optimiser davantage la conception des HPA et d'explorer leurs applications potentielles dans diverses industries. Ils visent également à développer de nouveaux outils d'IA pour faciliter la conception et la synthèse de ces matériaux. L'objectif ultime est de créer une bibliothèque de HPA qui peuvent être utilisés pour remplacer ou compléter les enzymes naturelles dans un large éventail d'applications.