연구진은 효소를 모방하는 무작위 이종중합체(RHP)를 개발했으며, 이는 산업 촉매 작용 및 약물 개발에 혁명을 일으킬 잠재력이 있다고 Nature에 발표된 새로운 연구에서 밝혔습니다. 약 1,300개의 금속단백질의 활성 부위에서 영감을 얻은 연구팀은 원-팟(one-pot) 합성법을 사용하여 이러한 RHP를 설계했습니다.
핵심 혁신은 중요한 단량체를 포함하는 세그먼트의 화학적 특성을 통계적으로 조절하여 단백질과 유사한 미세 환경을 제공하는 유사 활성 부위를 효과적으로 생성하는 능력에 있습니다. 이 접근 방식은 단량체 서열의 정확성이 떨어지더라도 중합체 골격의 회전 자유도를 활용하여 앙상블 수준에서 균일한 거동을 달성함으로써 기존 중합체 설계의 한계를 극복합니다.
연구진은 논문에서 "단백질과 다른 골격 화학을 가진 중합체의 경우, 세그먼트 수준에서 곁사슬의 공간적 및 시간적 투영을 프로그래밍하는 것이 단백질 거동을 복제하는 데 효과적일 수 있다고 제안합니다."라고 밝혔습니다. 또한 이 방법이 합성 효소 모방체의 일반적인 문제인 단량체 서열 특이성의 결함을 완화한다고 언급했습니다.
이러한 RHP의 개발은 생체 모방 물질의 중요한 진전을 나타냅니다. 과학자들은 이전에 단백질의 1차, 2차 및 3차 구조를 복제하는 데 성공했지만 기능적 모방을 달성하는 것은 더 어려운 것으로 입증되었습니다. 새로운 접근 방식은 단백질 기능에 필수적인 화학적, 구조적 및 역동적 이질성을 재현하는 데 중점을 둡니다.
이 연구의 의미는 광범위합니다. 효소는 의약품 생산에서 오염 물질 분해에 이르기까지 수많은 산업 공정에서 중요한 촉매입니다. 합성 효소 모방체는 생산 비용이 비싸고 환경 조건에 민감할 수 있는 천연 효소에 대한 더 강력하고 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다.
또한 이 연구에 사용된 설계 원리는 맞춤형 속성을 가진 광범위한 기능성 물질을 만드는 데 적용될 수 있습니다. RHP 내에서 단량체의 조성과 배열을 신중하게 제어함으로써 연구진은 촉매 활성, 선택성 및 안정성을 미세 조정할 수 있습니다.
연구진은 RHP 설계를 안내하기 위해 금속단백질 활성 부위를 분석하는 것의 중요성을 강조했습니다. 주요 기능적 잔기와 그 미세 환경을 식별함으로써 천연 효소의 촉매 활성을 효과적으로 복제하는 합성 중합체를 만들 수 있었습니다. 연구팀은 주요 단량체를 단백질의 기능적 잔기에 해당하는 것으로 도입하고 세그먼트 소수성과 같은 주요 단량체 함유 세그먼트의 화학적 특성을 통계적으로 조절했습니다.
이 연구의 다음 단계는 RHP 설계를 더욱 최적화하고 다양한 분야에서 잠재적 응용 분야를 탐색하는 것입니다. 연구진은 또한 단량체 조성 및 서열을 기반으로 RHP의 속성을 예측하기 위한 AI 기반 방법을 개발하는 데 관심을 가지고 있습니다. 이는 광범위한 응용 분야를 위한 새롭고 개선된 효소 모방체의 발견을 가속화할 수 있습니다.
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