Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, исследователи разработали синтетические полимеры, имитирующие функцию ферментов, что открывает новый подход к созданию искусственных катализаторов. Команда сосредоточилась на случайных гетерополимерах (СГП), которые представляют собой полимеры, состоящие из различных мономеров, расположенных случайным образом, как на способе воспроизведения сложных химических и структурных свойств белков.

Исследование направлено на решение давней проблемы в материаловедении: создание синтетических материалов, способных выполнять сложные функции природных белков. Хотя ученые добились прогресса в воспроизведении структуры белков, достижение аналогичной функциональности оказалось трудным. Подход команды включает в себя программирование пространственного расположения боковых цепей внутри полимера на сегментном уровне, эффективно имитируя активные центры ферментов.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химией основной цепи, 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 свобода вращения полимеров может компенсировать отсутствие точной последовательности мономеров, что приводит к более стабильному поведению материала.

Разработка СГП была основана на анализе примерно 1300 металлопротеинов с акцентом на активные центры, где происходит каталитическая активность. Ключевые мономеры были введены в СГП в качестве эквивалентов функциональных остатков в белках, и химические характеристики сегментов, содержащих эти мономеры, были статистически модулированы, включая сегментную гидрофобность. Этот процесс привел к образованию псевдоактивных центров внутри СГП, обеспечивающих ключевые мономеры белковым микроокружением.

Последствия этого исследования значительны для различных областей, включая катализ, доставку лекарств и материаловедение. Искусственные ферменты потенциально могут заменить природные ферменты в промышленных процессах, предлагая большую стабильность и возможность настройки. Кроме того, возможность разработки полимеров с определенными каталитическими функциями может привести к разработке новых материалов с уникальными свойствами.

Разработка этих имитаторов ферментов также подчеркивает растущую роль искусственного интеллекта (ИИ) в разработке материалов. Хотя это прямо не указано в исходном материале, анализ 1300 металлопротеинов, вероятно, включал вычислительные инструменты и алгоритмы для выявления ключевых особенностей и направления разработки СГП. ИИ все чаще используется для ускорения открытия материалов путем прогнозирования свойств новых материалов и оптимизации их состава.

Следующие шаги для этого исследования включают дальнейшую оптимизацию СГП и изучение их потенциальных применений в различных областях. Исследователи также планируют изучить использование ИИ для разработки еще более сложных и эффективных имитаторов ферментов. Возможность создания искусственных ферментов с заданными свойствами может произвести революцию в различных отраслях и привести к разработке новых технологий.