Исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие ферменты, что потенциально может революционизировать промышленный катализ и разработку лекарств. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, подробно описывается, как эти синтетические полимеры, созданные с помощью однореакторного синтеза, могут воспроизводить поведение белков, стратегически располагая боковые цепи для создания белковоподобных микроокружений.

Вдохновленная активными центрами примерно 1300 металлопротеинов, команда разработала СГП с ключевыми мономерами, действующими как эквиваленты функциональных остатков в белках. Статистически модулируя химические характеристики этих мономерсодержащих сегментов, такие как сегментарная гидрофобность, исследователи смогли создать псевдоактивные центры внутри полимеров. Этот подход использует свободу вращения полимеров для преодоления ограничений в специфичности последовательности мономеров, обеспечивая единообразное поведение во всем ансамбле.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химией основной цепи, отличной от белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментарном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", - заявили исследователи в своей публикации.

Разработка этих имитаторов ферментов решает давнюю проблему воспроизведения функций белков синтетическим путем. В то время как ученые добились успехов в воспроизведении первичной, вторичной и третичной структур белков, достижение химической, структурной и динамической гетерогенности, имеющей решающее значение для функции белков, оставалось труднодостижимым.

Значение этого исследования велико. Ферменты являются важными катализаторами во многих промышленных процессах, от производства фармацевтических препаратов до создания биотоплива. Однако природные ферменты могут быть дороги в производстве и часто требуют определенных условий для эффективной работы. СГП предлагают потенциально более надежную и экономически эффективную альтернативу.

Кроме того, конструкция этих полимеров включает принципы искусственного интеллекта. Исследователи проанализировали огромный набор данных активных центров металлопротеинов, чтобы определить ключевые характеристики для имитации функции ферментов. Этот подход, основанный на данных, подчеркивает растущую роль ИИ в материаловедении, позволяя исследователям разрабатывать материалы с определенными свойствами и функциями.

"Руководствуясь анализом активных центров около 1300 металлопротеинов, мы разрабатываем случайные гетерополимеры (СГП) в качестве имитаторов ферментов на основе однореакторного синтеза", - поясняется в исследовании.

Использование ИИ в этом контексте также поднимает важные социальные вопросы. По мере того, как ИИ все больше интегрируется в научные исследования, крайне важно обеспечить ответственное и этичное использование этих технологий. Это включает в себя устранение потенциальных предубеждений в наборах данных и обеспечение прозрачности процессов проектирования, управляемых ИИ.

Следующие шаги для этого исследования включают дальнейшую оптимизацию конструкции СГП и изучение их применения в различных промышленных и биомедицинских контекстах. Исследователи также изучают возможность использования ИИ для разработки еще более сложных и совершенных имитаторов ферментов. Разработка этих СГП представляет собой значительный шаг вперед в области биовдохновленных материалов и подчеркивает потенциал ИИ для ускорения научных открытий.