人工合成的DNA片段，已經(jīng)可以作為生物催化劑用于多種反應(yīng)，這種DNA催化劑也被稱為脫氧核酶（deoxyribozymes）。然而，對(duì)于有些反應(yīng)，這種催化劑卻一直無(wú)能為力，例如酰胺的水解。蛋白質(zhì)是氨基酸通過(guò)酰胺鍵連接而成，酰胺的水解催化劑可以幫助研究者更好的切割蛋白質(zhì)，這對(duì)于蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）研究來(lái)說(shuō)十分重要。

伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校的Scott K. Silverman及其團(tuán)隊(duì)數(shù)年來(lái)一直在努力尋找能水解酰胺的脫氧核酶，但結(jié)果卻不盡如人意。他們的嘗試，得到的DNA卻陰差陽(yáng)錯(cuò)的能夠水解磷酸二酯。“酰胺鍵特別難以切斷，至少對(duì)于DNA催化劑來(lái)說(shuō)，”Silverman說(shuō)。

zui近，Silverman等人終于找到了一種DNA片段，能夠催化酰胺水解，這意味著他們發(fā)現(xiàn)了能夠在特定位點(diǎn)切割蛋白質(zhì)的脫氧核酶。（DNA-Catalyzed Amide Hydrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.5b12647）

本項(xiàng)研究的關(guān)鍵在于對(duì)組成DNA片段的核苷酸單元進(jìn)行修飾，使其具有氨基、羧基或羥基，這種修飾模擬了能夠水解蛋白質(zhì)酰胺鍵的天然蛋白酶，使得DNA片段的修飾基團(tuán)很像是蛋白酶活性區(qū)域的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)。

“給核苷酸堿基加上側(cè)鏈帶來(lái)了期望的功能，在機(jī)理上是說(shuō)得通的。”Silverman說(shuō)。而且，這些包含修飾堿基的脫氧核酶在本質(zhì)上仍然是DNA，仍然可以進(jìn)行擴(kuò)增，研究人員也仍然可以使用已有的方法去進(jìn)行篩選和進(jìn)化，以找到具有專門(mén)功能的DNA。

通過(guò)這些篩選方法，Silverman的團(tuán)隊(duì)篩選了一個(gè)包括40個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的隨機(jī)序列庫(kù)，這些序列側(cè)面區(qū)域具有能夠結(jié)合模型底物的固定序列。這一模型底物包括在DNA序列之間插入的一個(gè)酰胺鍵。結(jié)果證明，有多個(gè)DNA催化劑能夠?qū)Ⅴ０返乃馑俾侍岣呒s1000倍。

“這些催化劑并不算是大放異彩，”脫氧核酶的發(fā)現(xiàn)者、斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）教授Gerald F. Joyce說(shuō)，“但它與沒(méi)有催化的反應(yīng)相比還是能很好的加速反應(yīng)進(jìn)程。”

更有意思的是，其中一個(gè)包括羥基修飾堿基的脫氧核酶，按照它的序列合成的沒(méi)有修飾基團(tuán)的DNA依然保留了相當(dāng)?shù)拇呋钚浴?/span>Joyce評(píng)論說(shuō)：“這是個(gè)圓滿的故事，看來(lái)未經(jīng)修飾的DNA也能夠催化這一反應(yīng)。”