Исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие функцию ферментов, что предлагает новый подход к созданию синтетических материалов с поведением, подобным белкам. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, подробно описано, как эти СГП были разработаны с использованием данных об активных центрах примерно 1300 металлопротеинов.

Команда сосредоточилась на программировании пространственного и временного расположения боковых цепей на сегментном уровне полимеров, которые имеют химию основной цепи, отличную от белков. Эта стратегия позволяет полимерам эффективно воспроизводить поведение белков. Используя свободу вращения, присущую полимерам, исследователи стремились преодолеть ограничения в специфичности последовательности мономеров и добиться единообразного поведения во всем ансамбле молекул.

"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 публикации. Полученные СГП образуют псевдоактивные центры, обеспечивая ключевым мономерам белковое микроокружение.

Разработка этих имитаторов ферментов представляет собой значительный шаг вперед в биовдохновленных материалах. Традиционные подходы к воспроизведению функций белков часто были сосредоточены на имитации первичной, вторичной и третичной структур белков. Однако достижение химической, структурной и динамической гетерогенности, имеющей решающее значение для функции белка, оставалось проблемой. Этот новый подход обходит некоторые из этих проблем, сосредотачиваясь на статистической модуляции ключевых мономеров в структуре полимера.

Последствия этого исследования распространяются на различные области, включая катализ, доставку лекарств и материаловедение. Имитаторы ферментов потенциально могут заменить природные ферменты в промышленных процессах, предлагая большую стабильность и более низкие производственные затраты. В доставке лекарств эти полимеры могут быть разработаны для нацеливания на определенные клетки или ткани, повышая эффективность терапевтических агентов.

Использование искусственного интеллекта (ИИ) сыграло решающую роль в руководстве разработкой этих СГП. Анализируя активные центры большого набора данных металлопротеинов, исследователи смогли определить ключевые структурные и химические особенности, которые способствуют функции ферментов. Этот подход, основанный на данных, позволил им рационально разрабатывать полимеры с определенными каталитическими свойствами.

Концепция "однореакторного синтеза" также является центральной в этой разработке, и относится к стратегии, при которой все необходимые компоненты объединяются в одном реакционном сосуде для образования желаемого продукта. Это упрощает производственный процесс и снижает потребность в многократных этапах очистки.

Заглядывая вперед, исследователи планируют и дальше совершенствовать дизайн этих СГП и изучать их потенциальные применения в различных областях. Будущая работа будет сосредоточена на улучшении каталитической эффективности этих имитаторов ферментов и расширении их спектра субстратов. Команда также стремится разработать новые методы контроля пространственного расположения мономеров в структуре полимера, что может привести к созданию еще более сложных и функциональных материалов.