Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие ферменты, что потенциально может произвести революцию в промышленном катализе и разработке лекарств. Команда, вдохновленная активными центрами примерно 1300 металлопротеинов, разработала эти СГП с использованием метода однореакторного синтеза.

Ключевое новшество заключается в способности статистически модулировать химические характеристики сегментов, содержащих важные мономеры, эффективно создавая псевдоактивные центры, которые обеспечивают белковоподобное микроокружение. Этот подход преодолевает ограничения традиционного дизайна полимеров, используя свободу вращения полимерного скелета для достижения однородного поведения на уровне ансамбля, даже при менее точной последовательности мономеров.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химией скелета, отличной от химии белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", — заявили исследователи в своей статье. Они также отметили, что этот метод смягчает недостатки в специфичности мономерной последовательности, что является общей проблемой в синтетических имитаторах ферментов.

Разработка этих СГП представляет собой значительный шаг вперед в биовдохновленных материалах. В то время как ученые ранее преуспели в воспроизведении первичной, вторичной и третичной структур белков, достижение функциональной имитации оказалось более трудным. Новый подход фокусируется на воссоздании химических, структурных и динамических гетерогенностей, которые необходимы для функционирования белков.

Последствия этого исследования далеко идущие. Ферменты являются важнейшими катализаторами во многих промышленных процессах, от производства фармацевтических препаратов до разложения загрязняющих веществ. Синтетические имитаторы ферментов предлагают потенциал для более надежных и экономически эффективных альтернатив природным ферментам, которые могут быть дорогими в производстве и чувствительными к условиям окружающей среды.

Кроме того, принципы проектирования, использованные в этом исследовании, могут быть применены для создания широкого спектра функциональных материалов с заданными свойствами. Тщательно контролируя состав и расположение мономеров в СГП, исследователи могут точно настраивать их каталитическую активность, селективность и стабильность.

Исследователи подчеркнули важность анализа активных центров металлопротеинов для руководства разработкой СГП. Выявляя ключевые функциональные остатки и их микроокружение, они смогли создать синтетические полимеры, которые эффективно воспроизводят каталитическую активность природных ферментов. Команда ввела ключевые мономеры в качестве эквивалентов функциональных остатков белка и статистически модулировала химические характеристики ключевых сегментов, содержащих мономеры, такие как сегментная гидрофобность.

Следующие шаги для этого исследования включают дальнейшую оптимизацию дизайна СГП и изучение их потенциальных применений в различных областях. Исследователи также заинтересованы в разработке методов на основе ИИ для прогнозирования свойств СГП на основе их мономерного состава и последовательности. Это может ускорить открытие новых и улучшенных имитаторов ферментов для широкого спектра применений.