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への新たなアプローチを提供しています。約1,300の金属タンパク質の活性部位からヒントを得た研究チームは、ワンポット合成法を用いてこれらのRHPを設計し、統計的に調整された化学的特性を持つ酵素模倣体を効果的に作成しました。

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。タンパク質の構造的階層の再現は一定の成功を収めていますが、その機能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で、タンパク質の挙動を模倣できると提案しています。さらに、ポリマーに固有の回転の自由度は、正確なモノマー配列の欠如を補い、アンサンブル全体で均一な挙動をもたらす可能性があります。

「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」と研究著者らは述べています。このアプローチにより、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することができます。

この研究の意義は大きく、触媒、ドラッグデリバリー、材料科学など、さまざまな分野に影響を与える可能性があります。酵素模倣体は、工業プロセスにおいて天然酵素よりも安定で費用対効果の高い代替手段を提供する可能性があります。特定の機能を持つポリマーを設計できる能力は、調整された特性を持つ新しい材料を作成するための扉を開きます。

これらのRHPの開発は、材料科学における人工知能（AI）の役割の拡大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ました。AIアルゴリズムは、膨大なデータセットを分析して、人間が識別するのが難しいパターンと関係を特定し、新しい材料の発見を加速することができます。このアプローチは、材料特性を最適化し、特定の機能を持つ新しい分子を設計するためにAIを使用するという、より広範なトレンドと一致しています。

今後、研究者らはRHPの設計をさらに洗練し、さまざまな分野での応用を探求する予定です。タンパク質の機能を模倣する合成材料を作成できる能力は、多くの産業に革命をもたらし、複雑な問題に対する新しいソリューションを提供する可能性があります。この研究は、人工酵素および機能性材料を作成するための探求における重要な一歩となります。