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、三次構造の模倣において進歩を遂げてきましたが、その機能を駆動する化学的、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。研究チームのアプローチは、タンパク質とは化学的に異なるポリマー内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焦点を当てています。これにより、ポリマーはタンパク質の挙動を再現することができ、モノマー配列特異性の限界を補うためにポリマー骨格の回転自由度を活用します。

研究者らは、タンパク質に見られる機能性残基に相当する重要なモノマーをRHPに導入しました。これらの重要なモノマーを含むセグメントの化学的特性（セグメントの疎水性など）を統計的に調整し、疑似活性部位を作り出しました。これらの部位は、重要なモノマーにタンパク質に見られるものと同様の微小環境を提供します。

「セグメントレベルに焦点を当て、化学的特性を統計的に調整することで、タンパク質のような微小環境を示すRHPを作成することができました」と研究著者らは述べています。

この研究の意義は、触媒、ドラッグデリバリー、材料科学など、さまざまな分野に及びます。合成酵素模倣体を作成する能力は、工業プロセス向けの新しい触媒、より標的を絞ったドラッグデリバリーシステム、および強化された機能を持つ新しい材料の開発につながる可能性があります。

これらのRHPの開発は、材料設計におけるAIと計算分析の可能性も浮き彫りにしています。研究者らは、多数の金属タンパク質からのデータを使用してポリマーの設計を導き、AIが特定の特性を持つ新しい材料の発見をどのように加速できるかを示しました。このアプローチは、他の機能性材料の設計にも応用でき、材料発見の新時代の到来を告げる可能性があります。

今後、研究者らはRHPの設計をさらに最適化し、さまざまな分野での応用を探求する予定です。また、ポリマー内のモノマーの空間的および時間的配置を制御するための新しい方法を開発することを目指しており、これにより、さらに洗練された酵素模倣体につながる可能性があります。研究チームは、彼らの研究がバイオインスパイアードアプローチを用いた機能性材料の設計に関するさらなる研究を促すことを期待しています。