Catalytic Nucleic Acids: Biochemistry, Chemical Biology, Biosensors, and Nanotechnology.

Katalytische Nukleinsäuren: Biochemie, Chemische Biologie, Biosensoren und Nanotechnologie.

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2020
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Abstract
Since the initial discovery of ribozymes in the early 1980s, catalytic nucleic acids have been used in different areas. Compared with protein enzymes, catalytic nucleic acids are programmable in structure, easy to modify, and more stable especially for DNA. We take a historic view to summarize a few main interdisciplinary areas of research on nucleic acid enzymes that may have broader impacts. Early efforts on ribozymes in the 1980s have broken the notion that all enzymes are proteins, supplying new evidence for the RNA world hypothesis. In 1994, the first catalytic DNA (DNAzyme) was reported. Since 2000, the biosensor applications of DNAzymes have emerged and DNAzymes are particularly useful for detecting metal ions, a challenging task for enzymes and antibodies. Combined with nanotechnology, DNAzymes are key building elements for switches allowing dynamic control of materials assembly. The search for new DNAzymes and ribozymes is facilitated by developments in DNA sequencing and computational algorithms, further broadening our fundamental understanding of their biochemistry.
Seit der ursprünglichen Entdeckung von Ribozymen Anfang der 1980er-Jahre finden katalytische Nukleinsäuren in verschiedenen Bereichen Anwendung. Im Vergleich zu Proteinenzymen sind katalytische Nukleinsäuren strukturell programmierbar, leicht zu modifizieren und – insbesondere im Fall von DNA – stabiler. Aus einer historischen Perspektive fassen wir einige zentrale interdisziplinäre Forschungsfelder zu Nukleinsäureenzymen zusammen, die potenziell weitreichende Auswirkungen haben. Frühe Arbeiten zu Ribozymen in den 1980er-Jahren widerlegten die Annahme, dass alle Enzyme Proteine seien, und lieferten neue Belege für die RNA-Welt-Hypothese. Im Jahr 1994 wurde die erste katalytische DNA (DNAzym) beschrieben. Seit den 2000er-Jahren haben sich biosensorische Anwendungen von DNAzymen etabliert; sie eignen sich besonders für den Nachweis von Metallionen – eine anspruchsvolle Aufgabe für Enzyme und Antikörper. In Kombination mit der Nanotechnologie stellen DNAzyme zentrale Bausteine für molekulare Schalter dar, die eine dynamische Steuerung der Materialassemblierung ermöglichen. Die Suche nach neuen DNAzymen und Ribozymen wird durch Fortschritte in der DNA-Sequenzierung und bei computergestützten Algorithmen erleichtert, was unser grundlegendes Verständnis ihrer Biochemie weiter vertieft.
Reference Key
ma2020catalyticiscience Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Ma, Lingzi;Liu, Juewen;
Journal iScience
Year 2020
DOI
S2589-0042(19)30561-9
URL
Keywords
chemistry nanotechnology biochemistry biomolecules biochemistry applications enzymology

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