Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de materiais sintéticos com funções semelhantes às de proteínas, de acordo com um estudo publicado na Nature. A equipe, inspirada nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, projetou esses RHPs usando um método de síntese "one-pot", criando efetivamente mímicos de enzimas.

A pesquisa aborda um desafio de longa data na replicação sintética das funções complexas das proteínas. Embora os cientistas tenham feito progressos na imitação das estruturas primárias, secundárias e terciárias das proteínas, alcançar a heterogeneidade química, estrutural e dinâmica que impulsiona sua função permaneceu difícil. A abordagem da equipe se concentra em programar o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais no nível segmentar dentro de polímeros que diferem quimicamente das proteínas. Isso permite que os polímeros repliquem os comportamentos das proteínas, aproveitando a liberdade rotacional da cadeia principal do polímero para compensar as limitações na especificidade da sequência de monômeros.

Os pesquisadores introduziram monômeros-chave nos RHPs, atuando como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados nas proteínas. Eles modularam estatisticamente as características químicas de segmentos contendo esses monômeros-chave, incluindo a hidrofobicidade segmentar, para criar pseudo-sítios ativos. Esses sítios fornecem aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao encontrado em proteínas.

"Ao focar no nível segmentar e modular estatisticamente as características químicas, fomos capazes de criar RHPs que exibem microambientes semelhantes aos de proteínas", observaram os autores do estudo.

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos, incluindo catálise, administração de fármacos e ciência dos materiais. A capacidade de criar mímicos de enzimas sintéticas pode levar ao desenvolvimento de novos catalisadores para processos industriais, sistemas de administração de fármacos mais direcionados e novos materiais com funcionalidades aprimoradas.

O desenvolvimento desses RHPs também destaca o potencial da IA e da análise computacional no design de materiais. Os pesquisadores usaram dados de um grande número de metaloproteínas para orientar o design de seus polímeros, demonstrando como a IA pode acelerar a descoberta de novos materiais com propriedades específicas. Essa abordagem pode ser aplicada ao design de outros materiais funcionais, abrindo caminho para uma nova era de descoberta de materiais.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam otimizar ainda mais o design dos RHPs e explorar suas aplicações em vários campos. Eles também pretendem desenvolver novos métodos para controlar o arranjo espacial e temporal de monômeros dentro de polímeros, o que poderia levar a mímicos de enzimas ainda mais sofisticados. A equipe espera que seu trabalho inspire mais pesquisas sobre o design de materiais funcionais usando abordagens bioinspiradas.