Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos, de acordo com um novo estudo publicado na Nature. A equipe se concentrou na criação de heteropolímeros aleatórios (RHPs) que, ao contrário das proteínas, possuem estruturas principais feitas de diferentes químicas, mas ainda conseguem replicar o comportamento das proteínas controlando cuidadosamente a colocação das cadeias laterais.

Os pesquisadores se inspiraram nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas para projetar esses RHPs. Eles usaram um método de síntese "one-pot", introduzindo monômeros específicos que atuam como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados em proteínas. Ao modular estatisticamente as características químicas de segmentos contendo esses monômeros-chave, eles foram capazes de criar pseudo-sítios ativos que fornecem um microambiente semelhante ao de proteínas. Essa abordagem, de acordo com o estudo, permite que os RHPs funcionem como mímicos de enzimas.

A capacidade de criar mímicos de enzimas sintéticas aborda um desafio significativo na ciência dos materiais. Embora os cientistas tenham replicado com sucesso a complexidade estrutural das proteínas, alcançar sua heterogeneidade funcional permaneceu difícil. O estudo sugere que, ao programar o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais no nível segmentar em polímeros, é possível alcançar comportamentos semelhantes aos de proteínas. Além disso, a liberdade rotacional inerente aos polímeros pode compensar a falta de especificidade precisa da sequência de monômeros, levando a um comportamento uniforme em todo o conjunto de polímeros.

"Acreditamos que esta abordagem abre novos caminhos para projetar materiais funcionais", disse o autor principal do estudo. "Ao aproveitar os princípios dos sítios ativos de proteínas e aplicá-los a polímeros sintéticos, podemos criar catalisadores com propriedades personalizadas."

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos. Na catálise industrial, os RHPs podem oferecer alternativas mais robustas e econômicas às enzimas tradicionais. No desenvolvimento de fármacos, eles podem ser usados para criar novos agentes terapêuticos que visam processos biológicos específicos. O uso de IA na análise de sítios ativos de metaloproteínas foi crucial para o processo de design. Algoritmos de aprendizado de máquina foram empregados para identificar características estruturais e químicas importantes que contribuem para a atividade enzimática, o que então informou a seleção de monômeros e seu arranjo nos RHPs.

Especialistas na área veem este desenvolvimento como um passo significativo. "Esta é uma abordagem inteligente para imitar a função enzimática", disse a Dra. Emily Carter, professora de engenharia química. "O uso de heteropolímeros aleatórios permite um nível de flexibilidade e ajustabilidade que é difícil de alcançar com a engenharia de proteínas tradicional."

Os próximos passos para os pesquisadores envolvem otimizar o design de RHPs para aplicações específicas e explorar seu potencial para uso em ambientes do mundo real. Eles também planejam investigar o uso de IA para refinar ainda mais o processo de design e descobrir novas combinações de monômeros que podem aumentar a atividade catalítica. A equipe também está trabalhando no aumento da escala da síntese de RHPs para torná-los mais acessíveis para aplicações industriais.