Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos. O estudo, publicado na Nature, detalha como heteropolímeros aleatórios (RHPs) foram projetados para replicar os sítios ativos de metaloproteínas, alcançando atividade semelhante à de enzimas sem depender da estrutura complexa das proteínas naturais.

A equipe, guiada pela análise de aproximadamente 1.300 sítios ativos de metaloproteínas, criou RHPs através de uma síntese "one-pot", um método que simplifica o processo de criação. Monômeros-chave, atuando como equivalentes a resíduos funcionais em proteínas, foram estatisticamente modulados para controlar características químicas como a hidrofobicidade segmentar. Essa modulação permitiu que os RHPs formassem pseudo-sítios ativos, fornecendo 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 explicaram ainda que a liberdade rotacional das cadeias poliméricas ajuda a superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, levando a um comportamento consistente em todo o conjunto de polímeros.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas tem implicações significativas para vários campos. A engenharia enzimática tradicional é frequentemente limitada pela complexidade da estrutura proteica e pela dificuldade de modificar os sítios ativos. Os RHPs oferecem uma abordagem mais flexível e potencialmente mais escalável. Isso pode levar à criação de catalisadores adaptados para processos industriais específicos, reduzindo o desperdício e o consumo de energia. No desenvolvimento de fármacos, os mimetizadores de enzimas podem ser usados para atingir proteínas relacionadas a doenças ou para sintetizar moléculas complexas de fármacos de forma mais eficiente.

O design desses RHPs aproveita os princípios de IA e aprendizado de máquina. Ao analisar um grande conjunto de dados de sítios ativos de metaloproteínas, os pesquisadores identificaram características e relações-chave que foram então incorporadas ao design dos polímeros sintéticos. Essa abordagem orientada por dados destaca o papel crescente da IA na ciência dos materiais e na biotecnologia. "Aproveitar a liberdade rotacional do polímero pode mitigar deficiências na especificidade da sequência monomérica e alcançar a uniformidade do comportamento no nível do conjunto", observou o estudo, indicando a importância de entender a dinâmica do polímero através da modelagem computacional.

No entanto, desafios permanecem. Embora os RHPs demonstrem atividade semelhante à de enzimas, sua eficiência e especificidade podem ainda não corresponder às das enzimas naturais. Mais pesquisas são necessárias para otimizar o design desses polímeros e para explorar suas potenciais aplicações em diferentes contextos. A equipe planeja investigar métodos para melhorar a atividade catalítica dos RHPs e para expandir a gama de reações que eles podem catalisar. Eles também estão explorando o uso de IA para prever as propriedades de diferentes designs de RHP, acelerando o processo de desenvolvimento.

A criação de heteropolímeros aleatórios como mimetizadores de enzimas representa um avanço significativo na ciência dos materiais bioinspirados. Ao combinar insights da engenharia de proteínas, da química de polímeros e da inteligência artificial, os pesquisadores estão abrindo caminho para uma nova geração de catalisadores sintéticos com o potencial de transformar indústrias e melhorar a saúde humana.