Исследователи разработали случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие ферменты, что потенциально может произвести революцию в промышленном катализе и разработке лекарств. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, подробно описано, как эти синтетические полимеры, созданные посредством одностадийного синтеза, могут воспроизводить функции белков, стратегически располагая ключевые мономеры для формирования псевдоактивных центров.

Команда, вдохновленная анализом активных центров примерно 1300 металлопротеинов, разработала СГП для статистической модуляции химических характеристик сегментов, содержащих ключевые мономеры, такие как сегментальная гидрофобность. Этот подход позволяет СГП обеспечивать белковоподобное микроокружение для этих мономеров, позволяя им функционировать в качестве имитаторов ферментов. "Мы предполагаем, что для полимеров с химией основной цепи, отличной от химии белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментарном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", - заявили авторы в статье.

Создание этих имитаторов ферментов решает давнюю проблему в синтетической химии: воспроизведение сложных функций белков с использованием небелковых материалов. В то время как ученые успешно воспроизвели аспекты структуры белка, достижение функционального сходства оставалось труднодостижимым из-за присущей белкам гетерогенности. Исследователи полагают, что, используя свободу вращения полимеров, они могут преодолеть ограничения в специфичности мономерной последовательности и достичь единообразного поведения на уровне ансамбля.

Последствия этого исследования далеко идущие. Традиционное производство ферментов часто опирается на биологические системы, которые могут быть дорогостоящими и трудными для масштабирования. СГП, с другой стороны, можно синтезировать в лаборатории, что потенциально предлагает более эффективную и экономичную альтернативу. Это может привести к достижениям в различных областях, включая промышленный катализ, где ферменты используются для ускорения химических реакций, и разработку лекарств, где ферменты играют решающую роль в разработке и доставке лекарств.

Разработка СГП также подчеркивает растущую роль искусственного интеллекта (ИИ) в материаловедении. Алгоритмы ИИ могут анализировать огромные наборы данных о структурах и функциях белков, чтобы выявить ключевые особенности, которые можно воспроизвести в синтетических материалах. Этот подход, основанный на данных, ускоряет процесс открытия и позволяет исследователям разрабатывать материалы с определенными свойствами и функциями.

Заглядывая вперед, исследователи планируют и дальше оптимизировать дизайн СГП и изучить их потенциальные применения в различных отраслях. Они также стремятся разработать новые инструменты ИИ для помощи в проектировании и синтезе этих материалов. Конечная цель состоит в том, чтобы создать библиотеку СГП, которые можно использовать для замены или дополнения природных ферментов в широком спектре применений.