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、人工触媒を創出するための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、これらの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、医学や材料科学を含む様々な分野の進歩につながる可能性について詳述しています。

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、ワンポット合成という、作成プロセスを簡素化する方法を用いてRHPを作成しました。タンパク質中の機能的残基に相当する主要なモノマーは、これらのモノマーを含むセグメントの化学的特性（セグメントの疎水性を含む）を制御するために、統計的に調整されました。この調整により、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」と述べています。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し、ポリマーの集合全体で均一な挙動を達成するのに役立つとも指摘しています。

これらの酵素模倣体の開発は、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、一次構造から三次構造までのタンパク質の階層構造の再現に焦点が当てられてきましたが、複雑な機能に必要な化学的、構造的、および動的な不均一性を達成することは困難なままでした。この新しいアプローチは、タンパク質の挙動を模倣するために、側鎖の空間的配置をプログラムすること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。酵素模倣体は、工業プロセスにおいて天然酵素に取って代わる可能性があり、より高い安定性と制御性を提供します。また、薬物送達システム、バイオセンサー、および正確な触媒活性が必要とされるその他の用途にも使用できます。

これらのRHPの設計は、その機能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分析に基づいて行われました。これらのタンパク質の活性部位を理解することで、研究者たちは主要なモノマーを特定し、その機能を再現できるRHPを設計することができました。セグメントの疎水性の統計的調整も重要であり、活性部位周辺の微小環境を微調整することができました。

AIと機械学習の利用は、特定の特性を持つ新しい材料の設計と発見を支援し、材料科学においてますます普及しています。この場合、大規模な金属タンパク質のデータセットの分析には、手動では識別が困難であったパターンと関係を特定するために、計算ツールが使用された可能性があります。これは、科学的発見を加速するAIの役割が拡大していることを示しています。

この研究の次のステップは、RHPのさらなる最適化と、様々な用途における性能のテストです。研究者たちはまた、さらに広範囲な酵素模倣体を創出するために、異なるモノマーと合成方法の使用を検討する予定です。長期的な目標は、特定のニーズに合わせて調整できる合成触媒のライブラリを開発し、化学者やエンジニアに強力な新しいツールを提供することです。