Nature誌に掲載された研究によると、研究者らは酵素を模倣するランダムヘテロポリマー（RHP）を開発し、タンパク質のような機能を持つ合成材料を創出する新たなアプローチを提供しています。研究チームは、約1,300の金属タンパク質の活性部位から着想を得て、ワンポット合成法を用いてこれらのRHPを設計し、効果的に酵素模倣体を作り出しました。

この研究は、タンパク質の複雑な機能を合成的に再現するという長年の課題に取り組むものです。科学者たちは、タンパク質の一次、二次、三次構造を模倣することに成功していますが、その機能に不可欠な化学的、構造的、動的な不均一性を実現することは依然として困難でした。研究者らは、ポリマーのセグメントレベルで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より、タンパク質とは異なる骨格化学であっても、タンパク質の挙動を再現できると提案しています。

研究者らは論文の中で、「我々は、主要なモノマーをタンパク質の機能的残基の等価物として導入し、セグメントの疎水性など、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します」と述べています。この調整により、RHPは疑似活性部位を形成し、主要なモノマーにタンパク質のような微小環境を提供します。

この研究の意義は重大です。酵素は、生体内で化学反応を加速する生物学的触媒です。合成酵素模倣体を作り出すことは、医学、材料科学、環境修復など、さまざまな分野に革命をもたらす可能性があります。たとえば、これらのRHPは、新しい薬の開発、より効率的な工業プロセスの創出、または汚染物質の分解に使用できます。

これらのRHPの開発は、モノマー配列特異性の限界を克服するために、ポリマーの回転自由度も活用しています。これにより、アンサンブルレベルでより均一な挙動が可能になり、一貫性のある信頼性の高い性能を実現するための重要な要素となります。

研究者らのアプローチでは、金属タンパク質の活性部位を分析して、主要な機能的残基を特定しました。次に、対応するモノマーを持つRHPを設計し、これらのモノマーを含むセグメントの化学的特性を注意深く制御しました。疎水性などの特性のこの統計的調整は、酵素のような活性に必要なタンパク質のような微小環境を作り出すために不可欠です。

この研究の現状は、RHPが実際に酵素機能を模倣できることを示す概念実証が実証されていることです。今後の開発では、触媒活性と選択性を向上させるために、これらのRHPの設計を最適化することに重点が置かれる可能性があります。研究者らはまた、AIと機械学習を利用して、設計プロセスを加速し、特定の触媒機能を達成できるモノマーの新しい組み合わせを特定することを検討するかもしれません。これにより、幅広い用途に合わせて調整された合成酵素のライブラリを作成できる可能性があります。