研究者たちは、酵素の機能を模倣するランダムヘテロポリマー（RHPs）を開発し、タンパク質のような挙動を持つ合成材料を創出する新たなアプローチを提示しました。Nature誌に掲載されたこの研究では、約1,300の金属タンパク質の活性部位からの洞察を用いて、これらのRHPsがどのように設計されたかを詳述しています。

研究チームは、タンパク質とは異なる主鎖化学を持つポリマーのセグメントレベルでの側鎖の空間的および時間的配置をプログラムすることに焦点を当てました。この戦略により、ポリマーはタンパク質の挙動を効果的に再現できます。ポリマーに固有の回転の自由度を活用することで、研究者らはモノマー配列特異性の限界を克服し、分子の集合全体で均一な挙動を達成することを目指しました。

「我々は、主要なモノマーをタンパク質の機能的残基の同等物として導入し、主要な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を統計的に調整します」と研究者らは論文で述べています。結果として得られるRHPsは、擬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ます。

これらの酵素模倣体の開発は、生体触発材料における重要な進歩を表しています。タンパク質の機能を再現する従来のアプローチは、タンパク質の一次、二次、三次構造の模倣に焦点を当てることがよくありました。しかし、タンパク質の機能に不可欠な化学的、構造的、および動的な不均一性を達成することは、依然として課題でした。この新しいアプローチは、ポリマー構造内の主要なモノマーの統計的調整に焦点を当てることで、これらの課題の一部を回避します。

この研究の意義は、触媒、ドラッグデリバリー、材料科学など、さまざまな分野に及びます。酵素模倣体は、工業プロセスで天然酵素に取って代わる可能性があり、より高い安定性と低い製造コストを提供します。ドラッグデリバリーでは、これらのポリマーは特定の細胞または組織を標的とするように設計でき、治療薬の有効性を高めることができます。

人工知能（AI）の使用は、これらのRHPsの設計を導く上で重要な役割を果たしました。研究者たちは、金属タンパク質の大規模なデータセットの活性部位を分析することにより、酵素機能に寄与する主要な構造的および化学的特徴を特定することができました。このデータ駆動型のアプローチにより、特定の触媒特性を持つポリマーを合理的に設計することができました。

「ワンポット合成」の概念もこの開発の中心であり、必要なすべての成分を単一の反応容器に組み合わせて目的の生成物を形成する戦略を指します。これにより、製造プロセスが簡素化され、複数の精製ステップの必要性が軽減されます。

今後、研究者たちはこれらのRHPsの設計をさらに洗練し、さまざまな分野での潜在的な応用を探求する予定です。今後の研究では、これらの酵素模倣体の触媒効率を向上させ、基質の範囲を拡大することに焦点を当てます。研究チームはまた、ポリマー構造内のモノマーの空間的配置を制御するための新しい方法を開発することを目指しており、これにより、さらに洗練された機能的な材料につながる可能性があります。