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、産業触媒および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、効果的に人工酵素を作り出した。

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おいて進歩を遂げてきたが、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、主要なモノマーにタンパク質のような微小環境を提供する。ポリマー鎖の回転の自由度は、正確なモノマー配列決定の欠如を補い、分子の集合全体で均一な挙動を達成するのに役立つ。

この研究の意義は大きい。酵素は、医薬品の製造からバイオ燃料の合成まで、幅広い産業プロセスにおいて重要な触媒である。しかし、天然酵素は製造に費用がかかる場合があり、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。これらのRHPのような酵素模倣体は、潜在的により安価で堅牢な代替手段を提供する。

これらのRHPの設計は、金属イオンを含むタンパク質である金属タンパク質の活性部位を分析することによって導かれた。これらの金属イオンは、酵素の触媒活性において重要な役割を果たすことが多い。これらの金属イオンの周囲の化学的環境を理解することにより、研究者らはこの環境を再現し、同様の触媒反応を促進できるRHPを設計することができた。

タンパク質の構造と機能に関する膨大な量のデータを分析する際にAIを使用することは、このプロジェクトの成功に不可欠であった。AIアルゴリズムは、人間が検出することが困難または不可能であるパターンと関係を識別し、設計プロセスを加速することができる。これは、材料科学と創薬におけるAIの役割の拡大を浮き彫りにしている。

研究者らは、「ポリマーの回転の自由度を活用することで、モノマー配列特異性の欠如を軽減し、集合レベルで挙動の均一性を達成できる」と述べ、酵素のような挙動を達成する上でのポリマーダイナミクスの重要性を強調した。

これらの酵素模倣体の開発は、生体触発材料の分野における重要な前進を表している。その性能を最適化し、その可能性を最大限に探求するためにはさらなる研究が必要であるが、これらのRHPは、産業触媒から環境修復まで、幅広い用途に有望である。次のステップでは、これらのRHPをさまざまな触媒反応でテストし、薬物送達やその他の生物医学的応用での使用の可能性を探る。