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、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RHPを設計し、タンパク質のような微小環境を持つ人工酵素を効果的に作り出した。

この研究は、材料科学における長年の課題、すなわち合成材料を用いてタンパク質の複雑な機能を再現することに取り組んでいる。科学者たちはタンパク質の構造的階層を模倣することに成功してきたが、機能的な類似性を達成することは困難であることが証明されている。研究者らは、ポリマー中の側鎖の空間的および時間的配置を注意深く制御することで、タンパク質とは異なる骨格であっても、タンパク質の挙動を再現できると提案している。

研究者らは論文の中で、「我々は、タンパク質の機能的残基に相当する主要なモノマーを導入し、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する」と述べている。このアプローチにより、RHPは疑似活性部位を形成し、主要なモノマーに天然酵素に見られるものと同様の微小環境を提供することができる。

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、幅広い産業プロセスにおいて重要な触媒である。しかし、天然酵素は製造コストが高く、最適な機能を果たすためには特定の条件が必要となることが多い。RHPは、より費用対効果が高く、堅牢な代替手段となる可能性がある。

さらに、これらのRHPの設計は、ポリマーの回転の自由度を活用し、モノマー配列特異性の欠点を軽減し、アンサンブルレベルでの挙動の均一性を実現する。これは、モノマーの配列を正確に制御しなくても複雑な機能を達成できることを示唆しており、合成プロセスを簡素化するため、重要である。

これらの酵素模倣体の開発は、材料科学における人工知能の役割の増大も浮き彫りにしている。研究者らは、多数の金属タンパク質からのデータを用いてRHPの設計を導き、AIが望ましい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た。このアプローチは、センサーやドラッグデリバリーシステムなど、他の機能性材料の設計にも応用できる可能性がある。

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潜在的な応用を探求する予定である。これには、産業触媒、医薬品開発、環境修復における利用の調査が含まれる。これらの酵素模倣体の開発は、バイオインスパイアード材料の分野における重要な前進であり、社会に大きな変革をもたらす可能性がある。