Des chercheurs ont mis au point des polymères synthétiques qui imitent la fonction des enzymes, offrant une nouvelle approche pour la création de catalyseurs artificiels. L'étude, publiée dans Nature, détaille comment ces hétéropolymères aléatoires (HPA) ont été conçus pour reproduire les sites actifs des métalloprotéines, ce qui pourrait conduire à des avancées dans divers domaines, notamment la médecine et la science des matériaux.

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 statistiquement modulés pour contrôler les caractéristiques chimiques des segments contenant ces monomères, y compris l'hydrophobicité segmentaire. Cette modulation a permis aux HPA de former des pseudo-sites actifs, fournissant aux monomères clés un microenvironnement semblable à celui des 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 contribue à surmonter les limitations de la spécificité de la séquence des monomères, permettant d'obtenir un comportement uniforme dans l'ensemble des polymères.

Le développement de ces mimes d'enzymes répond à un défi de longue date, qui consiste à reproduire synthétiquement les fonctions des protéines. Alors que les efforts précédents se sont concentrés sur la reproduction de la structure hiérarchique des protéines, du niveau primaire au niveau tertiaire, la réalisation de l'hétérogénéité chimique, structurelle et dynamique nécessaire aux fonctions complexes est restée difficile à atteindre. Cette nouvelle approche se concentre sur la programmation de l'arrangement spatial des chaînes latérales pour imiter le comportement des protéines.

Les implications de cette recherche sont considérables. Les mimes d'enzymes pourraient potentiellement remplacer les enzymes naturelles dans les processus industriels, offrant une plus grande stabilité et un meilleur contrôle. Ils pourraient également être utilisés dans les systèmes d'administration de médicaments, les biocapteurs et d'autres applications où une activité catalytique précise est requise.

La conception de ces HPA a été guidée par l'analyse des métalloprotéines, qui sont des protéines contenant des ions métalliques qui jouent un rôle crucial dans leur fonction. En comprenant les sites actifs de ces protéines, les chercheurs ont pu identifier les monomères clés et concevoir des HPA capables de reproduire leur fonction. La modulation statistique de l'hydrophobicité segmentaire a également été essentielle, car elle a permis aux chercheurs d'affiner le microenvironnement autour du site actif.

L'utilisation de l'IA et de l'apprentissage automatique est de plus en plus répandue dans la science des matériaux, aidant à la conception et à la découverte de nouveaux matériaux dotés de propriétés spécifiques. Dans ce cas, l'analyse d'un vaste ensemble de données de métalloprotéines a probablement impliqué des outils informatiques pour identifier des schémas et des relations qui auraient été difficiles à discerner manuellement. Cela souligne le rôle croissant de l'IA dans l'accélération de la découverte scientifique.

Les prochaines étapes de cette recherche consistent à optimiser davantage les HPA et à tester leurs performances dans diverses applications. Les chercheurs prévoient également d'explorer l'utilisation de différents monomères et méthodes de synthèse afin de créer une gamme encore plus large de mimes d'enzymes. L'objectif à long terme est de développer une bibliothèque de catalyseurs synthétiques qui peuvent être adaptés à des besoins spécifiques, offrant ainsi un nouvel outil puissant aux chimistes et aux ingénieurs.