研究者たちは、酵素の機能を模倣する合成ポリマーを開発し、人工触媒を創出するための新たなアプローチを提示しました。Nature誌に掲載されたこの研究では、ランダムヘテロポリマー（RHP）が金属タンパク質の活性部位を再現するように設計され、医学や材料科学を含む様々な分野の進歩につながる可能性について詳述しています。

約1,300の金属タンパク質活性部位の分析に基づいて、研究チームはワンポット法を用いてRHPを合成しました。これには、タンパク質に見られる機能的残基と同等の役割を果たす特定のモノマーを導入することが含まれます。セグメントの疎水性など、これらの主要なモノマーを含むセグメントの化学的特性を統計的に調整することで、研究者たちはタンパク質のような微小環境を主要なモノマーに提供する疑似活性部位を作り出しました。

研究者たちは論文の中で、「タンパク質とは異なる骨格化学を持つポリマーの場合、セグメントレベルで側鎖の空間的および時間的投影をプログラムすることが、タンパク質の挙動を再現する上で効果的である可能性がある」と述べています。また、ポリマーの回転の自由度を活用することで、モノマー配列特異性の限界を補い、アンサンブルレベルで均一な挙動を達成できることも指摘しています。

これらの酵素模倣体の開発は、タンパク質の複雑な化学的、構造的、および動的な不均一性を合成的に再現するという課題に対処するため、非常に重要です。これまでの取り組みは、タンパク質の一次、二次、および三次構造の再現に焦点が当てられてきましたが、機能的な再現は依然として困難でした。この新しいアプローチは、セグメントレベルでの側鎖の空間的および時間的配置をプログラムすることに焦点を当て、タンパク質の挙動を効果的に模倣できるポリマーの作成を可能にします。

この研究の意義は広範囲に及びます。酵素模倣体は、薬物送達、バイオセンシング、および工業触媒を含む様々な用途で使用できます。例えば、化学製造における特定の反応を触媒するように設計することで、より効率的で持続可能なプロセスにつながる可能性があります。医学においては、癌細胞を標的として破壊したり、薬物を患部に直接送達するために使用できます。

AIの活用は、これらのRHPの設計と最適化において重要な役割を果たしました。機械学習アルゴリズムを使用して、金属タンパク質の活性部位を分析し、触媒活性に寄与する主要な特徴を特定しました。この情報は、RHPの設計を導き、酵素模倣体として機能するために必要な化学的および構造的特性を備えていることを保証するために使用されました。

研究者たちは、このアプローチがバイオインスパイアード材料の分野における重要な一歩であると考えています。AIの力と高度な合成技術を活用することで、高精度で複雑な機能を実行できる新しいクラスの材料を作り出しました。次のステップでは、これらのRHPの設計をさらに最適化し、様々な分野での潜在的な応用を探求します。研究チームはまた、さらに幅広い酵素模倣体を作成するために、異なる種類のモノマーとポリマーの使用を検討する予定です。