नेचर में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, शोधकर्ताओं ने यादृच्छिक हेटरोपॉलीमर (आरएचपी) विकसित किए हैं जो एंजाइमों की नकल करते हैं, जिससे औद्योगिक उत्प्रेरण और दवा विकास में क्रांति आने की संभावना है। लगभग 1,300 मेटालोप्रोटीन के सक्रिय स्थलों से प्रेरणा लेते हुए, टीम ने एक-पॉट संश्लेषण विधि का उपयोग करके इन आरएचपी को डिज़ाइन किया, जिससे प्रभावी रूप से कृत्रिम एंजाइम बनाए गए।

यह अध्ययन सामग्री विज्ञान में एक लंबे समय से चली आ रही चुनौती का समाधान करता है: सिंथेटिक सामग्रियों का उपयोग करके प्रोटीन के जटिल कार्यों को दोहराना। जबकि वैज्ञानिकों ने प्रोटीन के संरचनात्मक पदानुक्रम की नकल करने में प्रगति की है, कार्यात्मक समानता प्राप्त करना मुश्किल साबित हुआ है क्योंकि प्राकृतिक एंजाइमों में जटिल रासायनिक, संरचनात्मक और गतिशील विषमताएं अंतर्निहित हैं। शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि पॉलिमर में साइडचेन की स्थानिक और लौकिक व्यवस्था को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, वे प्रोटीन व्यवहारों को प्रभावी ढंग से दोहरा सकते हैं, भले ही बैकबोन रसायन प्रोटीन से अलग हों।

उनकी दृष्टिकोण की कुंजी प्रमुख मोनोमर्स वाले खंडों की रासायनिक विशेषताओं को सांख्यिकीय रूप से संशोधित करने में निहित है, जैसे कि खंडीय हाइड्रोफोबिसिटी। यह आरएचपी को छद्म-सक्रिय साइटें बनाने की अनुमति देता है, जो प्रमुख मोनोमर्स को प्रोटीन जैसी सूक्ष्म वातावरण प्रदान करता है। शोधकर्ताओं ने अपने पेपर में कहा, "हम प्रमुख मोनोमर्स को प्रोटीन के कार्यात्मक अवशेषों के समकक्ष के रूप में पेश करते हैं," जो उनके डिजाइन की बायोमिमेटिक प्रकृति पर प्रकाश डालते हैं।

इस विकास का विभिन्न क्षेत्रों के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ है। एंजाइमों का व्यापक रूप से औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है, भोजन उत्पादन से लेकर बायोफ्यूल संश्लेषण तक। सिंथेटिक एंजाइम मिमिक्स बढ़ी हुई स्थिरता, कम उत्पादन लागत और कठोर वातावरण में कार्य करने की क्षमता जैसे फायदे प्रदान कर सकते हैं जहां प्राकृतिक एंजाइम खराब हो जाएंगे। इसके अलावा, विशिष्ट उत्प्रेरक गतिविधियों के साथ एंजाइम मिमिक्स को डिजाइन करने की क्षमता दवा की खोज और विकास को गति दे सकती है।

एंजाइमों की नकल करने के लिए यादृच्छिक हेटरोपॉलीमर का उपयोग करने की अवधारणा कृत्रिम बुद्धिमत्ता के सिद्धांतों का लाभ उठाती है, विशेष रूप से प्रोटीन संरचनाओं के बड़े डेटासेट के विश्लेषण में। हजारों मेटालोप्रोटीन के सक्रिय स्थलों का विश्लेषण करके, शोधकर्ता प्रमुख विशेषताओं और डिजाइन सिद्धांतों की पहचान करने में सक्षम थे जिन्हें सिंथेटिक पॉलिमर में अनुवादित किया जा सकता है। यह डेटा-संचालित दृष्टिकोण सामग्री विज्ञान में एआई की बढ़ती भूमिका पर प्रकाश डालता है, जिससे शोधकर्ताओं को अभूतपूर्व गुणों वाली उपन्यास सामग्री की खोज और डिजाइन करने में सक्षम बनाया जा सकता है।

हालांकि, चुनौतियां बनी हुई हैं। जबकि आरएचपी ने आशाजनक एंजाइम जैसी गतिविधि का प्रदर्शन किया, उनकी उत्प्रेरक दक्षता अभी तक प्राकृतिक एंजाइमों से मेल नहीं खा सकती है। उनके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए आरएचपी के डिजाइन और संश्लेषण को अनुकूलित करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है। इसके अतिरिक्त, इन सामग्रियों की दीर्घकालिक स्थिरता और जैव अनुकूलता का औद्योगिक या बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से अपनाने से पहले अच्छी तरह से मूल्यांकन करने की आवश्यकता है।

शोधकर्ता अब आरएचपी की उत्प्रेरक गतिविधि और चयनात्मकता को और बढ़ाने के लिए विभिन्न मोनोमर संयोजनों और संश्लेषण विधियों की खोज पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। वे मोनोमर संरचना और अनुक्रम के आधार पर आरएचपी के गुणों की भविष्यवाणी करने के लिए एआई का उपयोग करने की क्षमता की भी जांच कर रहे हैं, जो डिजाइन प्रक्रिया को काफी तेज कर सकता है। इन एंजाइम मिमिक्स का विकास अनुकूलित कार्यात्मकताओं के साथ बायोइंस्पायर्ड सामग्री बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है, जो टिकाऊ रसायन विज्ञान और उन्नत सामग्री डिजाइन के लिए नई संभावनाएं खोलता है।