长期以来，一直认为酶是由蛋白质组成，直到1978年和1994年分别发现具有催化功能的RNA和DNA，分别称为核酶（Ribozyme）和脱氧核酶（DNAzyme）。其中DNAzyme性质稳定，已经广泛应用于分析化学、生物医学及纳米科学等领域。目前发现的大部分DNAzyme都以金属离子为辅酶，且其活性具有金属离子特异性。金属离子与DNAzyme结合位点、酶催化过程中金属离子的作用方式等问题是揭示DNAzyme催化机理的重要线索，也是目前的研究瓶颈。

近期，我院刘珏文教授报道了依赖两种金属离子的具有RNA切割活性的DNA酶-- Ce13d，并通过基于DMS（硫酸二甲酯）的DNA分子足迹结合Tb³⁺荧光探针等技术揭示了两个金属辅酶（Na⁺与Ce³⁺离子）与Ce13d的作用位点及作用机理。发现Ce13d酶活性中心的大环（loop）形成Na⁺口袋，进而特异性的与Na⁺结合；而Ce³⁺作用于底物的潜在切割位点，从而降低反应的活化能，实现Ce13d对底物的催化切割(图A)。这一研究首次明确了金属离子在Ce13d酶中的具体作用，为DNA酶立体结构研究提供了重要参考。该研究成果于2015年11月18日在牛津大学出版社（Oxford University Press）旗下学术刊物Nucleic Acids Research（IF=9.112）在线发表。Wenhu Zhou, Yupei Zhang, Po-Jung Jimmy Huang, Jinsong Ding, and Juewen Liu*, "A DNAzyme requiring two different metal ions at two distinct sites", Nucleic Acids Research, DOI: 10.1093/nar/gkv1346。

课题组同期还发现了一种活性同时依赖于金属离子和有机溶剂的DNA酶(EtNa)，这种钠离子依赖性的DNA酶，在水-醇共溶剂中，其活性可增强1000倍以上。据此开发了一种基于DNA酶的生物传感器，并成功应用于商业用酒中酒精浓度的检测(图B)。该研究成果于2015年11月9日在Wiley出版集团旗下学术期刊ChemBioChem(IF=3.088)在线发表。Wenhu Zhou, Runjhun Saran, Qingyun Chen, Jinsong Ding and Juewen Liu*, "A New Na+-Dependent RNA-Cleaving DNAzyme with over 1000-fold Rate Acceleration by Ethanol", ChemBioChem, DOI: 10.1002/cbic.201500603。

刘珏文教授是国际DNA酶研究领域的先驱者之一，具体完成该研究的为我院丁劲松教授与刘珏文教授联合培养的周文虎博士。我校为论文第一完成单位，论文的第二完成单位为加拿大滑铁卢大学。