Исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие ферменты, предлагая новый подход к созданию синтетических материалов с функциями, подобными белкам, согласно исследованию, опубликованному в Nature. Команда, черпая вдохновение из активных центров примерно 1300 металлопротеинов, разработала эти СГП с использованием метода однореакторного синтеза, эффективно создавая имитаторы ферментов.

Исследование посвящено давней проблеме воспроизведения сложных функций белков синтетическим путем. Хотя ученые добились прогресса в имитации первичной, вторичной и третичной структур белков, достижение химической, структурной и динамической гетерогенности, имеющей решающее значение для их функционирования, оставалось труднодостижимым. Исследователи предполагают, что, программируя пространственное и временное расположение боковых цепей на сегментном уровне в полимерах, можно воспроизвести поведение белков, даже с химией основной цепи, отличной от белков.

"Мы представляем ключевые мономеры как эквиваленты функциональных остатков белка и статистически модулируем химические характеристики сегментов, содержащих ключевые мономеры, такие как сегментная гидрофобность", - заявили исследователи в своей статье. Эта модуляция позволяет СГП формировать псевдоактивные центры, обеспечивая ключевые мономеры микроокружением, подобным белковому.

Последствия этого исследования значительны. Ферменты - это биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах. Создание синтетических имитаторов ферментов может произвести революцию в различных областях, включая медицину, материаловедение и восстановление окружающей среды. Например, эти СГП можно использовать для разработки новых лекарств, создания более эффективных промышленных процессов или разложения загрязняющих веществ.

Разработка этих СГП также использует свободу вращения полимеров для преодоления ограничений в специфичности мономерной последовательности. Это обеспечивает более однородное поведение на уровне ансамбля, что является решающим фактором в достижении стабильной и надежной работы.

Подход исследователей включал анализ активных центров металлопротеинов для выявления ключевых функциональных остатков. Затем они разработали СГП с соответствующими мономерами, тщательно контролируя химические характеристики сегментов, содержащих эти мономеры. Эта статистическая модуляция таких свойств, как гидрофобность, имеет решающее значение для создания белковоподобного микроокружения, необходимого для ферментоподобной активности.

Текущий статус этого исследования заключается в том, что доказательство концепции было продемонстрировано, показав, что СГП действительно могут имитировать функции ферментов. Будущие разработки, вероятно, будут сосредоточены на оптимизации конструкции этих СГП для улучшения их каталитической активности и селективности. Исследователи могут также изучить использование ИИ и машинного обучения для ускорения процесса проектирования и выявления новых комбинаций мономеров, которые могут достигать определенных каталитических функций. Это может привести к созданию библиотеки синтетических ферментов, адаптированных для широкого спектра применений.