Nature誌に掲載された新しい研究によると、研究者らは酵素を模倣するランダムヘテロポリマー（RHPs）を開発し、産業触媒や医薬品開発に革命をもたらす可能性があるという。研究チームは、約1,300の金属タンパク質の活性部位からヒントを得て、ワンポット合成法を用いてこれらのRHPsを設計した。

重要なイノベーションは、重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し、タンパク質のような微小環境を提供する疑似活性部位を効果的に作成できる点にある。このアプローチは、ポリマー骨格の回転自由度を利用して、モノマー配列の精度が低くてもアンサンブルレベルで均一な挙動を達成することにより、従来のポリマー設計の限界を克服する。

研究者らは論文で、「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」と述べている。彼らはさらに、この方法が合成酵素模倣体における一般的な課題であるモノマー配列特異性の欠点を軽減すると指摘した。

これらのRHPsの開発は、生体触発材料における重要な進歩を表している。科学者たちは以前にタンパク質の一次、二次、三次構造の複製に成功しているが、機能的な模倣を達成することはより困難であることが証明されている。新しいアプローチは、タンパク質の機能に不可欠な化学的、構造的、動的な不均一性を再現することに焦点を当てている。

この研究の意義は広範囲に及ぶ。酵素は、医薬品の製造から汚染物質の分解まで、多くの産業プロセスにおいて重要な触媒である。合成酵素模倣体は、製造コストが高く、環境条件に敏感な天然酵素に代わる、より堅牢で費用対効果の高い代替手段となる可能性がある。

さらに、この研究で使用された設計原理は、調整された特性を持つ幅広い機能性材料の作成に応用できる可能性がある。RHPs内のモノマーの組成と配置を注意深く制御することにより、研究者は触媒活性、選択性、安定性を微調整できる。

研究者らは、RHPsの設計を導くために金属タンパク質の活性部位を分析することの重要性を強調した。重要な機能的残基とその微小環境を特定することにより、天然酵素の触媒活性を効果的に再現する合成ポリマーを作成することができた。研究チームは、タンパク質の機能的残基に相当する重要なモノマーを導入し、セグメントの疎水性など、重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した。

この研究の次のステップは、RHPsの設計をさらに最適化し、さまざまな分野での潜在的な応用を探求することである。研究者らはまた、モノマーの組成と配列に基づいてRHPsの特性を予測するためのAI駆動型手法の開発にも関心を持っている。これにより、幅広い用途に向けた、新規で改良された酵素模倣体の発見が加速される可能性がある。