Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos, 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 enzimas artificiais com microambientes semelhantes aos de proteínas.

O estudo aborda um desafio de longa data na ciência dos materiais: replicar as funções complexas das proteínas usando materiais sintéticos. Embora os cientistas tenham feito progressos na imitação da hierarquia estrutural das proteínas, alcançar a similaridade funcional tem se mostrado difícil. Os pesquisadores propõem que, ao controlar cuidadosamente o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais em polímeros, eles podem replicar os comportamentos das proteínas, mesmo com estruturas principais diferentes das das proteínas.

"Introduzimos monômeros-chave como equivalentes dos resíduos funcionais da proteína e modulamos estatisticamente as características químicas de segmentos contendo monômeros-chave, como a hidrofobicidade segmentar", afirmaram os pesquisadores em seu artigo. Essa abordagem permite que os RHPs formem pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave microambientes semelhantes aos encontrados em enzimas naturais.

As implicações desta pesquisa são de grande alcance. As enzimas são catalisadores cruciais em uma ampla gama de processos industriais, desde a produção de produtos farmacêuticos até a decomposição de poluentes. No entanto, as enzimas naturais podem ser caras de produzir e geralmente requerem condições específicas para funcionar de maneira ideal. Os RHPs oferecem uma alternativa potencial que pode ser mais econômica e robusta.

Além disso, o design desses RHPs aproveita a liberdade rotacional dos polímeros, mitigando deficiências na especificidade da sequência monomérica e alcançando a uniformidade do comportamento no nível do conjunto. Isso é significativo porque sugere que funções complexas podem ser alcançadas mesmo sem controle preciso sobre a sequência de monômeros, simplificando o processo de síntese.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas também destaca o papel crescente da inteligência artificial na ciência dos materiais. Os pesquisadores usaram dados de um grande número de metaloproteínas para orientar o design de seus RHPs, demonstrando como a IA pode acelerar a descoberta de novos materiais com as propriedades desejadas. Essa abordagem pode ser aplicada ao design de outros materiais funcionais, como sensores e sistemas de administração de medicamentos.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam otimizar ainda mais o design dos RHPs e explorar suas aplicações potenciais em vários campos. Isso inclui investigar seu uso em catálise industrial, desenvolvimento de fármacos e remediação ambiental. O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas representa um avanço significativo no campo dos materiais bioinspirados e pode ter um impacto transformador na sociedade.