Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos. O estudo, publicado na Nature, detalha como esses polímeros sintéticos, criados através de uma síntese "one-pot", podem replicar o comportamento de proteínas ao posicionar estrategicamente cadeias laterais para criar microambientes semelhantes aos de proteínas.

A equipe, inspirada nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, projetou RHPs com monômeros-chave atuando como equivalentes aos resíduos funcionais em proteínas. Ao modular estatisticamente as características químicas desses segmentos contendo monômeros, como a hidrofobicidade segmentar, os pesquisadores conseguiram criar pseudo-sítios ativos dentro dos polímeros. Esta abordagem aproveita a liberdade rotacional dos polímeros para superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, alcançando um comportamento uniforme em todo o conjunto.

"Propomos que, para polímeros com químicas de cadeia principal diferentes da das proteínas, programar projeções espaciais e temporais de cadeias laterais no nível segmentar pode ser eficaz na replicação de comportamentos de proteínas", afirmaram os pesquisadores em sua publicação.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas aborda um desafio de longa data na replicação sintética das funções proteicas. Embora os cientistas tenham feito progressos na replicação das estruturas primária, secundária e terciária das proteínas, alcançar as heterogeneidades química, estrutural e dinâmica cruciais para a função proteica permaneceu difícil.

As implicações desta pesquisa são significativas. As enzimas são catalisadores essenciais em inúmeros processos industriais, desde a produção de produtos farmacêuticos até a criação de biocombustíveis. No entanto, as enzimas naturais podem ser caras de produzir e muitas vezes requerem condições específicas para funcionar eficazmente. Os RHPs oferecem uma alternativa potencialmente mais robusta e econômica.

Além disso, o design desses polímeros incorpora princípios de inteligência artificial. Os pesquisadores analisaram um vasto conjunto de dados de sítios ativos de metaloproteínas para identificar as principais características para imitar a função enzimática. Esta abordagem orientada por dados destaca o papel crescente da IA na ciência dos materiais, permitindo que os pesquisadores projetem materiais com propriedades e funções específicas.

"Guiados pela análise do sítio ativo de cerca de 1.300 metaloproteínas, projetamos heteropolímeros aleatórios (RHPs) como mimetizadores de enzimas com base na síntese "one-pot"", explica o estudo.

O uso de IA neste contexto também levanta importantes considerações sociais. À medida que a IA se torna mais integrada na pesquisa científica, é crucial garantir que essas tecnologias sejam usadas de forma responsável e ética. Isso inclui abordar potenciais vieses em conjuntos de dados e garantir a transparência nos processos de design orientados por IA.

Os próximos passos para esta pesquisa envolvem otimizar ainda mais o design dos RHPs e explorar suas aplicações em vários contextos industriais e biomédicos. Os pesquisadores também estão investigando o potencial de usar a IA para projetar mimetizadores de enzimas ainda mais complexos e sofisticados. O desenvolvimento desses RHPs representa um avanço significativo no campo dos materiais bioinspirados e destaca o potencial da IA para acelerar a descoberta científica.