人工合成的DNA片段可作为生物催化剂用于多种反应

人工合成的DNA片段，已经可以作为生物催化剂用于多种反应，这种DNA催化剂也被称为脱氧核酶（deoxyribozymes）。然而，对于有些反应，这种催化剂却一直无能为力，例如酰胺的水解。蛋白质是氨基酸通过酰胺键连接而成，酰胺的水解催化剂可以帮助研究者更好的切割蛋白质，这对于蛋白质组学（proteomics）研究来说十分重要。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的Scott K. Silverman及其团队数年来一直在努力寻找能水解酰胺的脱氧核酶，但结果却不尽如人意。他们的尝试，得到的DNA却阴差阳错的能够水解磷酸二酯。“酰胺键特别难以切断，至少对于DNA催化剂来说，”Silverman说。

zui近，Silverman等人终于找到了一种DNA片段，能够催化酰胺水解，这意味着他们发现了能够在特定位点切割蛋白质的脱氧核酶。（DNA-Catalyzed Amide Hydrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.5b12647）

本项研究的关键在于对组成DNA片段的核苷酸单元进行修饰，使其具有氨基、羧基或羟基，这种修饰模拟了能够水解蛋白质酰胺键的天然蛋白酶，使得DNA片段的修饰基团很像是蛋白酶活性区域的氨基酸侧链基团。

“给核苷酸碱基加上侧链带来了期望的功能，在机理上是说得通的。”Silverman说。而且，这些包含修饰碱基的脱氧核酶在本质上仍然是DNA，仍然可以进行扩增，研究人员也仍然可以使用已有的方法去进行筛选和进化，以找到具有专门功能的DNA。

通过这些筛选方法，Silverman的团队筛选了一个包括40个核苷酸长度的随机序列库，这些序列侧面区域具有能够结合模型底物的固定序列。这一模型底物包括在DNA序列之间插入的一个酰胺键。结果证明，有多个DNA催化剂能够将酰胺的水解速率提高约1000倍。

“这些催化剂并不算是大放异彩，”脱氧核酶的发现者、斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）教授Gerald F. Joyce说，“但它与没有催化的反应相比还是能很好的加速反应进程。”

更有意思的是，其中一个包括羟基修饰碱基的脱氧核酶，按照它的序列合成的没有修饰基团的DNA依然保留了相当的催化活性。Joyce评论说：“这是个圆满的故事，看来未经修饰的DNA也能够催化这一反应。”