原標(biāo)題：PCR 的起源

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（英文：Polymerase chain reaction，縮寫：PCR，又稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)），是一項(xiàng)利用 DNA 雙鏈復(fù)制的原理，在生物體外復(fù)制特定 DNA 片段的核酸合成技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因，而不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主凱利·穆利斯（Kary Mullis）于1983年開發(fā)出了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR），它是一種簡(jiǎn)單，廉價(jià)和可靠的復(fù)制 DNA 片段的方法，適用于現(xiàn)代生物學(xué)和相關(guān)科學(xué)的許多領(lǐng)域。PCR 可能是分子生物學(xué)中使用最廣泛的技術(shù)。這種技術(shù)也被用于生物醫(yī)學(xué)研究，犯罪取證和分子考古學(xué)。

穆利斯的想法是，通過一種人工、和反復(fù)相同程序的方式，并利用一種特殊的酶——即 DNA 聚合酶來擴(kuò)增特定的 DNA 片段。DNA 聚合酶天然存在于生物體內(nèi)，在細(xì)胞分裂前進(jìn)行 DNA 的復(fù)制。當(dāng) DNA 開始復(fù)制時(shí)，解旋酶將雙鏈的 DNA 分開成兩個(gè)單鏈。DNA 聚合酶便結(jié)合在兩條 DNA 單鏈上，生成互補(bǔ)鏈。

在穆利斯最初的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，DNA 聚合酶被用于體外試驗(yàn)。但是，他沒有采用正常細(xì)胞常溫解旋的方法，而是把雙鏈 DNA 加熱到 96°C，使得雙鏈分離成為兩條單鏈。但是在這個(gè)溫度下，DNA 聚合酶會(huì)遭到破壞，因此在每個(gè)循環(huán)的加熱步驟后必須補(bǔ)充新的聚合酶。穆利斯的原始聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)效率極低，不僅需要大量時(shí)間和 DNA 聚合酶，并且整個(gè)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)都需要人照看。

后來，嗜熱細(xì)菌水生棲熱菌（Thermus aquaticus）體內(nèi)產(chǎn)生的 DNA 聚合酶改善了這種低效的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。由于生活在溫度在50至80°C（122至176 °F）的間歇泉中，嗜熱細(xì)菌的 DNA 聚合酶具有耐熱性。在被用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時(shí)，這種 DNA 聚合酶不會(huì)被高溫破壞，因此不需要不斷加入新的聚合酶，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由此變得簡(jiǎn)單并且可以由機(jī)器操作。

最初的具有耐熱性的 DNA 聚合酶來自于水生棲熱菌（Thermus aquaticus），它是1976年臺(tái)灣科學(xué)家錢嘉韻（Alice Chien）從黃石國家公園發(fā)現(xiàn)的，因此被稱為 Taq。Taq 酶被廣泛用于當(dāng)前的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)操作中，Taq 酶的缺點(diǎn)是它缺少3＇→5＇校正外切酶活性，因此在復(fù)制 DNA 時(shí)有時(shí)會(huì)出錯(cuò)，造成 DNA 序列突變（錯(cuò)誤）。而從古菌中獲得的 Pwo 酶及 Pfu 酶均被發(fā)現(xiàn)有校正機(jī)制，能夠大大降低聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的突變。將 Taq 與 Pfu 結(jié)合使用就可以保證真實(shí)準(zhǔn)確地?cái)U(kuò)增 DNA。

微生物復(fù)制是一個(gè)費(fèi)時(shí)耗力的流程，首先要將 DNA 經(jīng)限制酶剪裁，再利用連接酶（Ligase）加到運(yùn)載體（Vector）中，之后利用瞬間電擊（Electroporation）或是熱休克（Heat Shock）的方式，送到大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞（competent cell）中，將此菌于培養(yǎng)皿中大量繁殖培養(yǎng)，再經(jīng)過繁復(fù)的分離、純化過程，通常需要近一周才能大量復(fù)制片段。而僅需一小時(shí)的 PCR 能省去大量時(shí)間和繁復(fù)的操作，因此聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)被廣泛地運(yùn)用在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，例如被用于判斷檢體中是否會(huì)表現(xiàn)某遺傳疾病的圖譜、傳染病的診斷、基因復(fù)制，以及親子鑒定。返回搜狐，查看更多

責(zé)任編輯：