Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие ферменты, что предлагает новый подход к синтетическим материалам с функциями, подобными белкам. Команда, черпая вдохновение в активных центрах примерно 1300 металлопротеинов, разработала эти СГП с использованием метода однореакторного синтеза.

Исследователи ввели в полимеры определенные мономеры, действующие как эквиваленты функциональных остатков, обнаруженных в белках. Статистически регулируя химические характеристики сегментов, содержащих эти ключевые мономеры, такие как сегментарная гидрофобность, команда создала псевдоактивные центры. Эти сайты обеспечивают ключевым мономерам микросреду, аналогичную той, что встречается в белках, что позволяет им выполнять ферментоподобные функции.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химическим составом основной цепи, отличным от белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментарном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", - заявили авторы исследования. Они также отметили, что свобода вращения полимерных цепей помогает преодолеть ограничения в специфичности последовательности мономеров, что приводит к последовательному поведению во всем ансамбле полимеров.

Разработка решает давнюю проблему воспроизведения функций белка синтетическим путем. В то время как предыдущие усилия были сосредоточены на имитации первичной, вторичной и третичной структур белков, достижение химической, структурной и динамической гетерогенности, имеющей решающее значение для функции белка, оставалось трудным. Этот новый подход фокусируется на программировании пространственного и временного расположения боковых цепей на сегментарном уровне, предлагая другую стратегию для достижения поведения, подобного белкам, в синтетических полимерах.

Последствия этого исследования распространяются на различные области, включая катализ, доставку лекарств и материаловедение. Ферментные имитаторы потенциально могут заменить природные ферменты в промышленных процессах, предлагая большую стабильность и настраиваемость. В доставке лекарств эти полимеры могут быть разработаны для нацеливания на определенные клетки или ткани, высвобождая лекарства контролируемым образом. Кроме того, способность создавать материалы с функциями, подобными белкам, может привести к разработке новых типов датчиков, приводов и других передовых материалов.

Исследователи полагают, что этот подход может проложить путь к новому поколению биовдохновленных материалов с улучшенной функциональностью и универсальностью. Будущие исследования будут сосредоточены на оптимизации конструкции этих СГП и изучении их потенциальных применений в различных областях. Команда также планирует изучить использование ИИ и машинного обучения для дальнейшего совершенствования процесса проектирования и прогнозирования поведения этих сложных полимеров.