Согласно 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, эффективно создавая искусственные ферменты с белковоподобным микроокружением.

Исследование посвящено давней проблеме в материаловедении: воспроизведению сложных функций белков с использованием синтетических материалов. Хотя ученые добились успехов в имитации структурной иерархии белков, достижение функционального сходства оказалось трудным. Исследователи предполагают, что, тщательно контролируя пространственное и временное расположение боковых цепей в полимерах, они могут воспроизвести поведение белков, даже с отличными от белков основными цепями.

"Мы представляем ключевые мономеры как эквиваленты функциональных остатков белка и статистически модулируем химические характеристики сегментов, содержащих ключевые мономеры, такие как сегментальная гидрофобность", - заявили исследователи в своей статье. Этот подход позволяет СГП формировать псевдоактивные центры, обеспечивая ключевые мономеры микроокружением, аналогичным тому, которое встречается в природных ферментах.

Последствия этого исследования далеко идущие. Ферменты являются важнейшими катализаторами в широком спектре промышленных процессов, от производства фармацевтических препаратов до разложения загрязняющих веществ. Однако природные ферменты могут быть дороги в производстве и часто требуют определенных условий для оптимального функционирования. СГП предлагают потенциальную альтернативу, которая может быть более экономичной и надежной.

Кроме того, конструкция этих СГП использует свободу вращения полимеров, смягчая недостатки в специфичности мономерной последовательности и обеспечивая однородность поведения на уровне ансамбля. Это важно, поскольку предполагает, что сложных функций можно достичь даже без точного контроля над последовательностью мономеров, что упрощает процесс синтеза.

Разработка этих имитаторов ферментов также подчеркивает растущую роль искусственного интеллекта в материаловедении. Исследователи использовали данные большого количества металлопротеинов для руководства разработкой своих СГП, демонстрируя, как ИИ может ускорить открытие новых материалов с желаемыми свойствами. Этот подход можно применить к разработке других функциональных материалов, таких как датчики и системы доставки лекарств.

Заглядывая в будущее, исследователи планируют и дальше оптимизировать конструкцию СГП и изучить их потенциальные применения в различных областях. Это включает в себя изучение их использования в промышленном катализе, разработке лекарств и восстановлении окружающей среды. Разработка этих имитаторов ферментов представляет собой значительный шаг вперед в области биовдохновленных материалов и может оказать преобразующее воздействие на общество.