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、タンパク質のような機能を持つ合成材料への新たなアプローチを提供しています。研究チームは、約1,300の金属タンパク質の活性部位から着想を得て、ワンポット合成法を用いてこれらのRHPを設計しました。
研究者らは、タンパク質に見られる機能的残基に相当するものとして、特定のモノマーをポリマーに導入しました。分節的な疎水性など、これらの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ことで、チームは疑似活性部位を作成しました。これらの部位は、主要なモノマーにタンパク質に見られるものと同様の微小環境を提供し、酵素のような機能を実行できるようにします。
「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、研究著者らは述べています。彼らはまた、ポリマー鎖の回転の自由度が、モノマー配列特異性の限界を克服するのに役立ち、ポリマーのアンサンブル全体で一貫した挙動につながることを指摘しました。
この開発は、タンパク質の機能を合成的に再現する上での長年の課題に対処するものです。これまでの取り組みは、タンパク質の一次、二次、三次構造を模倣することに焦点が当てられてきましたが、タンパク質の機能に不可欠な化学的、構造的、動的な不均一性を達成することは困難なままでした。この新しいアプローチは、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ており、合成ポリマーでタンパク質のような挙動を達成するための異なる戦略を提供します。
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、産業プロセスで天然酵素に取って代わる可能性があり、より優れた安定性と調整性を提供します。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し、制御された方法で薬物を放出するように設計できます。さらに、タンパク質のような機能を持つ材料を作成する能力は、新しいタイプのセンサー、アクチュエーター、およびその他の高度な材料の開発につながる可能性があります。
研究者らは、このアプローチが、機能性と汎用性が向上した新世代のバイオインスパイアード材料への道を開く可能性があると考えています。今後の研究では、これらのRHPの設計を最適化し、さまざまな分野での潜在的な応用を探求することに焦点を当てます。研究チームはまた、AIと機械学習を使用して、設計プロセスをさらに洗練し、これらの複雑なポリマーの挙動を予測することを計画しています。
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