नेचर में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, शोधकर्ताओं ने रैंडम हेटरोपॉलीमर्स (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। शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि पॉलिमर में साइडचेन की स्थानिक और अस्थायी व्यवस्था को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, वे प्रोटीन व्यवहारों को दोहरा सकते हैं, भले ही बैकबोन रसायन प्रोटीन से अलग हों।

शोधकर्ताओं ने अपने पेपर में कहा, "हम प्रमुख मोनोमर्स को प्रोटीन के कार्यात्मक अवशेषों के समकक्ष के रूप में पेश करते हैं और खंडीय हाइड्रोफोबिसिटी जैसे प्रमुख मोनोमर युक्त खंडों की रासायनिक विशेषताओं को सांख्यिकीय रूप से संशोधित करते हैं।" यह दृष्टिकोण आरएचपी को छद्म-सक्रिय साइटें बनाने की अनुमति देता है, जो प्रमुख मोनोमर्स को प्रोटीन जैसी सूक्ष्म वातावरण प्रदान करते हैं। पॉलिमर श्रृंखलाओं की घूर्णी स्वतंत्रता सटीक मोनोमर अनुक्रमण की कमी की भरपाई करने में मदद करती है, जिससे अणुओं के पूरे समूह में समान व्यवहार प्राप्त होता है।

इस शोध के निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं। एंजाइम फार्मास्यूटिकल्स के उत्पादन से लेकर बायोफ्यूल के संश्लेषण तक, औद्योगिक प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में महत्वपूर्ण उत्प्रेरक हैं। हालांकि, प्राकृतिक एंजाइमों का उत्पादन महंगा हो सकता है और अक्सर इष्टतम रूप से कार्य करने के लिए विशिष्ट परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। एंजाइम मिमिक्स, जैसे ये आरएचपी, संभावित रूप से एक सस्ता और अधिक मजबूत विकल्प प्रदान करते हैं।

इन आरएचपी का डिज़ाइन मेटालोप्रोटीन के सक्रिय स्थलों का विश्लेषण करके निर्देशित किया गया था, जो धातु आयनों वाले प्रोटीन होते हैं। ये धातु आयन अक्सर एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन धातु आयनों के आसपास के रासायनिक वातावरण को समझकर, शोधकर्ता आरएचपी को डिजाइन करने में सक्षम थे जो इस वातावरण को दोहरा सकते हैं और समान उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा दे सकते हैं।

प्रोटीन संरचनाओं और कार्यों पर डेटा की विशाल मात्रा का विश्लेषण करने में एआई का उपयोग इस परियोजना की सफलता के लिए महत्वपूर्ण था। एआई एल्गोरिदम उन पैटर्न और संबंधों की पहचान कर सकते हैं जिन्हें मनुष्यों के लिए पता लगाना मुश्किल या असंभव होगा, जिससे डिजाइन प्रक्रिया में तेजी आएगी। यह सामग्री विज्ञान और दवा खोज में एआई की बढ़ती भूमिका पर प्रकाश डालता है।

शोधकर्ताओं ने एंजाइम जैसे व्यवहार को प्राप्त करने में पॉलिमर गतिशीलता के महत्व पर जोर देते हुए कहा, "पॉलिमर की घूर्णी स्वतंत्रता का लाभ उठाने से मोनोमेरिक अनुक्रम विशिष्टता में कमियों को कम किया जा सकता है और समूह स्तर पर व्यवहार एकरूपता प्राप्त की जा सकती है।"

इन एंजाइम मिमिक्स का विकास बायोइंस्पायर्ड सामग्री के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है। जबकि उनके प्रदर्शन को अनुकूलित करने और उनकी पूरी क्षमता का पता लगाने के लिए आगे के शोध की आवश्यकता है, ये आरएचपी औद्योगिक उत्प्रेरण से लेकर पर्यावरणीय उपचार तक, अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए आशाजनक हैं। अगले चरणों में विभिन्न उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में इन आरएचपी का परीक्षण करना और दवा वितरण और अन्य बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में उनके उपयोग की क्षमता का पता लगाना शामिल है।