Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, исследователи разработали синтетические полимеры, имитирующие функцию ферментов, что потенциально может произвести революцию в промышленном катализе и разработке лекарств. Команда сосредоточилась на создании случайных гетерополимеров (СГП), которые, в отличие от белков, имеют основу с различной химией, но при этом способны воспроизводить поведение белков за счет стратегического расположения боковых цепей.

Исследование, основанное на анализе примерно 1300 активных центров металлопротеинов, включало разработку СГП посредством одностадийного синтеза. Ключевые мономеры были введены как эквиваленты функциональных остатков белка, а химические характеристики сегментов, содержащих эти мономеры, такие как сегментарная гидрофобность, были статистически модулированы. В результате этого процесса СГП образовали псевдоактивные центры, обеспечивая ключевые мономеры белкоподобным микроокружением.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химией основы, отличной от таковой у белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментарном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", - заявили исследователи в своей статье. Они также отметили, что свобода вращения полимеров может компенсировать недостатки в специфичности мономерной последовательности, что приводит к единообразному поведению на уровне ансамбля.

Разработка этих имитаторов ферментов имеет значительные последствия для различных отраслей промышленности. Традиционные ферменты, хотя и обладают высокой эффективностью, часто являются хрупкими и дорогими в производстве. СГП, с другой стороны, предлагают потенциал для большей стабильности и снижения производственных затрат, что делает их привлекательными альтернативами для промышленного катализа, синтеза лекарств и других применений.

Разработка этих СГП основана на принципах искусственного интеллекта и машинного обучения. Анализируя огромный набор данных активных центров металлопротеинов, исследователи смогли выявить ключевые особенности и закономерности, которые можно было воспроизвести в синтетических полимерах. Этот подход, основанный на данных, подчеркивает растущую роль ИИ в материаловедении и химической инженерии.

"Использование ИИ для руководства разработкой этих полимеров меняет правила игры", - сказала доктор Эмили Картер, профессор химической инженерии Принстонского университета, не участвовавшая в исследовании. "Это позволяет нам исследовать гораздо более широкий спектр возможностей и находить решения, которые было бы невозможно обнаружить традиционными методами".

Социальные последствия этого исследования далеко идущие. Более эффективные и устойчивые промышленные процессы могут привести к сокращению отходов и загрязнения. Разработка новых лекарств и методов лечения может быть ускорена, решая неудовлетворенные медицинские потребности. Однако важно также учитывать потенциальные риски, связанные с широким использованием синтетических полимеров, такие как их воздействие на окружающую среду и потенциальная токсичность.

В настоящее время исследователи сосредоточены на оптимизации конструкции СГП и изучении их применения в различных областях. Они также работают над разработкой методов крупномасштабного производства этих материалов, что будет иметь решающее значение для их широкого распространения. Следующие шаги включают тестирование СГП в реальных условиях и оценку их производительности по сравнению с традиционными ферментами. Дальнейшие исследования также будут сосредоточены на понимании долгосрочной стабильности и воздействия этих синтетических полимеров на окружающую среду.