研究者たちは、酵素の機能を模倣する合成ポリマーを開発しました。これは、産業触媒および医薬品開発に革命をもたらす可能性のある画期的な成果です。Nature誌に掲載されたこの研究では、ランダムヘテロポリマー（RHP）が、金属タンパク質の活性部位を再現するように設計され、主要なモノマーに対してタンパク質のような微小環境を実現したことが詳述されています。

約1,300の金属タンパク質の活性部位の分析に基づいて、研究チームはワンポット合成法を用いてこれらのRHPを作成しました。タンパク質中の機能的残基の同等物として機能する主要なモノマーは、セグメントの疎水性などの化学的特性を制御するために統計的に調整されました。このアプローチにより、研究者たちはポリマー内に疑似活性部位を作成し、主要なモノマーにタンパク質のような環境を提供することができました。

研究者たちは論文の中で、「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の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ことを提案します」と述べています。彼らはまた、ポリマー骨格の回転の自由度がモノマー配列特異性の制限を克服するのに役立ち、ポリマーの集合全体で均一な挙動につながると付け加えています。

酵素は、細胞内の化学反応を加速する生物学的触媒です。その効率と特異性は比類のないものですが、その脆弱性と高い生産コストが産業用途での使用を制限しています。合成酵素模倣体の作成は、化学における長年の目標であり、これまでの試みはタンパク質の複雑な三次元構造の再現に焦点が当てられていました。しかし、この新しいアプローチは、タンパク質構造全体ではなく、活性部位の化学的環境の模倣に焦点を当てています。

この研究の意義は広範囲に及びます。産業触媒において、これらのRHPは従来の酵素よりも堅牢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。また、複雑な分子を合成するための新しい触媒を作成するために、医薬品開発で使用することもできます。さらに、この研究で使用された設計原則は、タンパク質のような特性を持つ他の機能性材料の作成に応用できます。

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ます。研究者たちはAIを使用して数千のタンパク質の活性部位を分析し、RHPの設計に組み込まれた主要な特徴を特定しました。このアプローチは、人間が識別するのが困難なパターンと関係を特定することにより、AIが新しい材料の発見をどのように加速できるかを示しています。

現在の研究は金属タンパク質の模倣に焦点を当てていますが、研究者たちは同じアプローチを他の種類の酵素の模倣に使用できると考えています。今後の研究では、これらのRHPによって触媒できる反応の範囲を拡大し、その効率と安定性を向上させることに焦点を当てます。研究チームはまた、これらの酵素模倣体の設計をさらに最適化するために、AIの使用を検討する予定です。