Nature誌に掲載された研究によると、研究者らは酵素の機能を模倣する合成ポリマーを開発し、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、生体プロセスにおいて重要な役割を果たす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再現できるランダムヘテロポリマー（RHP）の作成に焦点を当てた。

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むものである。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、同様の機能的複雑さを達成することは依然として困難であった。研究チームのアプローチは、1,300以上の金属タンパク質の活性部位の分析に基づいて、特定の化学的特性を持つRHPを設計することであった。彼らは、タンパク質における機能的なアミノ酸残基の等価物として作用する主要なモノマーを導入し、これらのモノマーを含むセグメントの化学的特性、例えばセグメントの疎水性、または水をはじく特性を統計的に調整した。

「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」と研究者らは論文で述べている。結果として得られる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し、触媒機能を実行できるようにする。

この開発の意義は、天然酵素に関連する制限を克服する可能性にある。天然酵素は、生産に費用がかかり、環境条件に敏感であり、特定の用途に合わせて変更することが困難な場合が多い。一方、合成酵素模倣体は、より容易に設計および合成でき、多くの場合より堅牢であり、特定のニーズに合わせて調整できる。

これらのRHPの設計は、タンパク質に見られる正確なモノマー配列の欠如を補うために、ポリマーの回転の自由度を利用している。これにより、完全な配列制御がなくても、アンサンブルレベルで均一な挙動を示す材料を作成できる。研究者らは、ワンポット合成法を用いて、製造プロセスを簡素化し、よりスケーラブルにした。

この研究の意義は、さまざまな分野に及ぶ。産業触媒において、RHPは従来の金属触媒を置き換えるか、または増強し、より効率的で持続可能な化学プロセスにつながる可能性がある。医薬品開発において、それらは新規な治療薬または薬物送達システムを作成するために使用できる。この開発はまた、材料科学における人工知能（AI）の役割の増大を強調している。RHPの設計を導いた金属タンパク質の活性部位の分析には、計算ツールとデータベースの使用が含まれており、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る。

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ある。彼らはまた、RHPの特性を予測するためのAI駆動型の手法を開発することを目指しており、これは発見プロセスをさらに加速する可能性がある。調整された特性を持つ合成酵素模倣体を作成する能力は、エネルギーと環境から医学と製造まで、さまざまな分野の課題に対処するための新しい可能性を開く。