Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de catalisadores artificiais. O estudo, publicado na Nature, detalha como heteropolímeros aleatórios (RHPs) foram projetados para replicar os sítios ativos de metaloproteínas, potencialmente levando a avanços em vários campos, incluindo medicina e ciência dos materiais.

A equipe, guiada pela análise de aproximadamente 1.300 sítios ativos de metaloproteínas, sintetizou RHPs usando um método "one-pot". Isso envolveu a introdução de monômeros específicos que atuam como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados em proteínas. Ao modular estatisticamente as características químicas desses segmentos-chave contendo monômeros, como a hidrofobicidade segmentar, os pesquisadores criaram pseudo-sítios ativos que fornecem aos monômeros-chave microambientes semelhantes aos de proteínas.

"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. Eles também observaram que aproveitar a liberdade rotacional dos polímeros pode compensar as limitações na especificidade da sequência monomérica e alcançar um comportamento uniforme no nível do conjunto.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas é significativo porque aborda o desafio de replicar sinteticamente as complexas heterogeneidades químicas, estruturais e dinâmicas das proteínas. Embora esforços anteriores tenham se concentrado na replicação das estruturas primárias, secundárias e terciárias das proteínas, alcançar a replicação funcional permaneceu difícil. Esta nova abordagem se concentra na programação do arranjo espacial e temporal de cadeias laterais no nível segmentar, permitindo a criação de polímeros que podem efetivamente imitar comportamentos de proteínas.

As implicações desta pesquisa são de longo alcance. Os mimetizadores de enzimas podem ser usados em uma variedade de aplicações, incluindo administração de medicamentos, biossensoriamento e catálise industrial. Por exemplo, eles poderiam ser projetados para catalisar reações específicas na fabricação de produtos químicos, potencialmente levando a processos mais eficientes e sustentáveis. Na medicina, eles poderiam ser usados para atacar e destruir células cancerosas ou para administrar medicamentos diretamente aos tecidos doentes.

O uso de IA desempenhou um papel crucial no projeto e otimização desses RHPs. Algoritmos de aprendizado de máquina foram usados para analisar os sítios ativos de metaloproteínas e identificar as principais características que contribuem para sua atividade catalítica. Essas informações foram então usadas para orientar o projeto dos RHPs, garantindo que eles possuíssem as propriedades químicas e estruturais necessárias para funcionar como mimetizadores de enzimas.

Os pesquisadores acreditam que esta abordagem representa um avanço significativo no campo dos materiais bioinspirados. Ao aproveitar o poder da IA e técnicas sintéticas avançadas, eles criaram uma nova classe de materiais que podem desempenhar funções complexas com alta precisão. Os próximos passos envolverão a otimização adicional do projeto desses RHPs e a exploração de suas aplicações potenciais em vários campos. A equipe também planeja investigar o uso de diferentes tipos de monômeros e polímeros para criar uma gama ainda maior de mimetizadores de enzimas.