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PCR技術之父-凱利·穆利斯

更新時間:2024-11-29點擊次數:669

部分友友還是搞不清楚PCR是個什么東西,搞不清楚為什么可以進行基因擴增,這一節我們就了解一下穆利斯與PCR技術的發現與發展。

一、PCR的提出和發展

      1983年春天的一個周五晚上,穆利斯開車帶著女友前往鄉間度周末。在蜿蜒的鄉間公路上開著車一段DNA反復復制的景像,在他的腦海里冒了出來。

      事實上,DNA復制起始于DNA的解鏈,只需要通過加熱讓雙鏈DNA變為單鏈DNA,然后再添加和單鏈DNA末端相結合的引物DNA,這樣就開始了復制的過程,因此,只需要人為的給予其一些條件,就可以讓DNA在實驗室環境下由1個變為2個、2個變為4個……從而大量地復制擴增!這些關于PCR雛形的想法讓穆利斯興奮不已,整個周末,山間小屋的全部紙片都被他用來打草稿了。

      1983年8月,穆利斯第一次正式地將他所設想的PCR方法原理在公司里作了展示,但是穆利斯的設想并沒有得到大家的認同。

      經過幾個技術員和穆利斯反反復復地調整實驗條件,直到1984年11月,他們第一次獲得了可信的結果,接下來,日裔技術員才木的加入使得PCR的結果更加干凈漂亮,毋庸置疑!

      1986年5月舉行的“人類分子生物學"專題研討會,在這次大會中,穆利斯在很多分子生物學界專家面前第一次報道了PCR的原理和實際應用結果,向世人建立了其PCR發明人的印象。

      1988年,塞凱等從溫泉中分離的一株水生嗜熱桿菌中提取到了一種耐熱DNA聚合酶,將該來源的聚合酶用在PCR之后的結果讓大家欣喜若狂,此酶不僅耐高溫,熱變性時不會被鈍化,不必在每次擴增反應后再加新酶,并且大大地提高了擴增片段的特異性和效率,靈敏度也大大提高。此酶被命名為TaqDNA多聚酶。這也就是現在PCR技術所常使用的酶。

      直到后來自動熱循環儀的發明,實現了PCR的快速擴增、自動化,才使得PCR廣泛地應用起來 。

二、什么是PCR?

PCR技術之父-凱利·穆利斯

     1.PCR,聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR),一種體外擴增核酸的技術。它可以在短時間內倍增極微量DNA(理論上說僅有一個DNA就足夠了)至十萬或百萬倍。

     2.PCR過程主要分為以下三個階段:

      (1)變性(Denaturation):將雙鏈DNA加熱至高溫(通常94-98℃),使其解鏈成為單鏈DNA。(高溫使DNA雙鏈變成單鏈)

模板DNA經加熱至95℃左右一定時間后,使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙徒DNA解離,使之成為單鏈,以便它與引物結合,為下輪反應做準備。

PCR技術之父-凱利·穆利斯

(2)退火Annealing):降低溫度(通常50-65℃),使寡核苷酸引物與目標DNA片段的互補序列結合。引物的設計需要與目標DNA片段的兩端互補,以確保擴增的準確性。(低溫使引物與模板結合)


模板DNA經加熱變性成單鏈后,溫度降至55℃左右,引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合。
(3)延伸(Extension):升溫至適當溫度(通常72℃),使Taq酶在引物與目標DNA片段結合處開始催化合成互補鏈,完成DNA擴增。



DNA模板—引物結合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP為反應原料,靶序列為模板,按堿基配對與半保留復制原理,合成一條新的與模板DNA鏈互補的半保留復制鏈。


PCR技術之父-凱利·穆利斯


三、PCR的應用

1.DNA測序:PCR擴增可以提供足夠的DNA量進行測序,從而幫助人們了解DNA序列的結構和功能。

2.基因分型:PCR擴增可以擴增出目標基因的特定片段,從而進行基因分型和分析。

3.基因克隆:PCR擴增可以擴增出目標基因的全長或部分序列,從而進行基因克隆和表達。

4.病原體檢測:PCR擴增可以擴增出病原體DNA的特異性序列,從而進行病原體檢測和診斷。


總之,PCR技術是一種快速、高效、靈敏、特異的DNA擴增技術,已經成為現代生物學研究和分子診斷的必需技術。


參考文獻


[1] 趙家業, 穆利斯與PCR技術, 醫學與哲學. 1994


[2] 張婷婷, 細說PCR——生物技術海洋之一粟, 生命世界. 2007

[3]許林玉, 凱利穆利斯, 科學人物. 2019

[4]古佳玉、安成才, T-Linker PCR技術, 科學前言. 2003


[5]Pai-Dhungat J,Kary Mullis-inventor of PCR.2019


注:本文轉自微生物知識庫公眾號,部分圖片源于網絡,如有侵權請聯系刪除。內容源于教材和網絡,僅供學習,若有商業用途,需自行聯系作者咨詢,或獲得手冊版權方許可











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