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PCR 的起源

杏彩体育2年前 (2023-02-22)羽毛球资讯132

原标题:PCR 的起源

聚合酶链式反应(英文:Polymerase chain reaction,缩写:PCR,又称多聚酶链式反应),是一项利用 DNA 双链复制的原理,在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。这项技术可在短时间内大量扩增目的基因,而不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物体。

诺贝尔化学奖得主凯利·穆利斯(Kary Mullis)于1983年开发出了聚合酶链式反应技术(PCR),它是一种简单,廉价和可靠的复制 DNA 片段的方法,适用于现代生物学和相关科学的许多领域。PCR 可能是分子生物学中使用最广泛的技术。这种技术也被用于生物医学研究,犯罪取证和分子考古学。

穆利斯的想法是,通过一种人工、和反复相同程序的方式,并利用一种特殊的酶——即 DNA 聚合酶来扩增特定的 DNA 片段。DNA 聚合酶天然存在于生物体内,在细胞分裂前进行 DNA 的复制。当 DNA 开始复制时,解旋酶将双链的 DNA 分开成两个单链。DNA 聚合酶便结合在两条 DNA 单链上,生成互补链。

在穆利斯最初的聚合酶链式反应中,DNA 聚合酶被用于体外试验。但是,他没有采用正常细胞常温解旋的方法,而是把双链 DNA 加热到 96°C,使得双链分离成为两条单链。但是在这个温度下,DNA 聚合酶会遭到破坏,因此在每个循环的加热步骤后必须补充新的聚合酶。穆利斯的原始聚合酶链式反应效率极低,不仅需要大量时间和 DNA 聚合酶,并且整个聚合酶链式反应都需要人照看。

后来,嗜热细菌水生栖热菌(Thermus aquaticus)体内产生的 DNA 聚合酶改善了这种低效的聚合酶链式反应。由于生活在温度在50至80°C(122至176 °F)的间歇泉中,嗜热细菌的 DNA 聚合酶具有耐热性。在被用于聚合酶链式反应时,这种 DNA 聚合酶不会被高温破坏,因此不需要不断加入新的聚合酶,聚合酶链式反应由此变得简单并且可以由机器操作。

最初的具有耐热性的 DNA 聚合酶来自于水生栖热菌(Thermus aquaticus),它是1976年台湾科学家钱嘉韵(Alice Chien)从黄石国家公园发现的,因此被称为 Taq。Taq 酶被广泛用于当前的聚合酶链式反应操作中,Taq 酶的缺点是它缺少3'→5'校正外切酶活性,因此在复制 DNA 时有时会出错,造成 DNA 序列突变(错误)。而从古菌中获得的 Pwo 酶及 Pfu 酶均被发现有校正机制,能够大大降低聚合酶链式反应中的突变。将 Taq 与 Pfu 结合使用就可以保证真实准确地扩增 DNA。

微生物复制是一个费时耗力的流程,首先要将 DNA 经限制酶剪裁,再利用连接酶(Ligase)加到运载体(Vector)中,之后利用瞬间电击(Electroporation)或是热休克(Heat Shock)的方式,送到大肠杆菌感受态细胞(competent cell)中,将此菌于培养皿中大量繁殖培养,再经过繁复的分离、纯化过程,通常需要近一周才能大量复制片段。而仅需一小时的 PCR 能省去大量时间和繁复的操作,因此聚合酶链式反应技术被广泛地运用在医学和生物学的实验室,例如被用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制,以及亲子鉴定。返回搜狐,查看更多

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