之前嚴重特殊傳染性肺炎大流行,您可能不知道聚合酶鍊式反應 (PCR),除非您在使用它的實驗室工作。即便如此,您可能也不知道其起源的瘋狂故事。
PCR 有廣泛的應用 – 從疾病檢測,刑事調查,親子鑑定,甚至定序人類基因組。基本上,無論科學家在何處研究 DNA,都很有可能涉及 PCR。
PCR 可以提取極少量的 DNA,而這些 DNA 很難研究和使用一遍又一遍地放大它成更大的數量,使其更容易研究。在PCR發明之前,這個過程是漫長而費力,科學家們利用複製技術擴增DNA在細菌中。
這被認為是一種革命性的技術,在這首充滿敬意的頌歌中得到了總結。
被認為發明了 PCR 的人是 Kary Mullis 博士,他因此贏得了1993年諾貝爾化學獎。
簡單地說,穆利斯博士被科學界的許多人認為是一位有爭議的和有問題的人物,被描述為“人際破壞球”加州雜誌。
他的朋友兼同事托馬斯·J·懷特博士(Dr Thomas J White)表示:“在他極其迷人的同時,他也可能會極其粗暴地施虐。”告訴紐約時報。在接受採訪時時尚先生,穆利斯反覆觸摸採訪者並試圖說服她和他一起睡覺,即使她拒絕了。她會稍後描述他被認為“令人憤慨”和“令人討厭”。
他也有一些奇怪(而且完全錯誤)的科學觀點——例如,他不相信人類會導致氣候變化,或愛滋病毒導致愛滋病。他的同事指出他經常在提出想法時犯了基礎生物學錯誤。
穆利斯博士74歲去世2019 年 8 月 7 日,從肺炎引起的呼吸和心臟衰竭。然而,為了了解他是如何提出 PCR 的,我們要回到 1983 年 5 月。
脫氧核糖核酸之旅
正如他在書中所敘述的那樣在心靈領域裸舞穆利斯駕駛著他的銀色本田汽車穿過加州,從伯克利前往他位於安德森谷的小屋。這是一個星期五。此時,穆利斯就職於一家生物技術公司Cetus。他研究寡核苷酸:短的核苷酸串,是 DNA 和 RNA 的組成部分。
當他開車時,他的大腦開始發揮創造力。 「DNA 鏈盤繞並漂浮。令人震驚的藍色和粉紅色的電分子圖像注入到山路和我的眼睛之間的某個地方,」他回憶道。
在泡沫中指出他當時「功能上清醒」——然而,他著名的愛情用於服用 並製作迷幻藥 LSD 為這些色彩繽紛的場景提供了完全不同的背景。實際上,他曾經說過「如果我沒有服用 LSD,我會發明 PCR 嗎?我嚴重懷疑 [...] 我可以坐在 DNA 分子上,看著聚合物經過。我部分是透過迷幻藥了解到這一點的。
艾伯特·霍夫曼(Albert Hoffman)發現了 LSD,已經說過穆利斯親自告訴他,迷幻藥幫助他想到了 PCR 的概念。
當 DNA 在他的腦海中舞動時,穆利斯想到瞭如何將兩個寡核苷酸粘附到相對龐大的遺傳物質串中一小段感興趣區域的兩端。
他的電腦程式設計經驗也逐漸浮現在腦海中,他開始思考如何將重複的數學過程應用到這個過程中。這意味著在感興趣的區域被寡核苷酸標記後,DNA自我複製的自然傾向可以被利用來一遍又一遍地複製這個感興趣的區域。
穆利斯停下車,把車停在路邊,開始在信封上寫下自己的想法,他的熱情甚至把鉛筆芯都折斷了。
這個腦波並沒有留在他汽車的駕駛座上。穆利斯寫道:“我們到達了我的小屋,我開始用鋼筆、鉛筆或蠟筆在每個水平表面上畫一些小圖表,直到黎明。”
現在他必須證明他的想法。
他在 Cetus 研討會上提出了他的想法1983年8月,以表示懷疑的回應。
「人們通常不會出於正確的理由相信某些事情,」穆利斯在一份聲明中說道。谷歌技術講座2010 年。並不是因為其中任何一個步驟都不太可能奏效。
懷特博士告訴記者:“他獲得了大量數據,但他有個人問題,並且傾向於進行不受控制的實驗,因此當他確實得到結果時,這並不是很有說服力。”紐約時報。
事實上,他的第一次 PCR 嘗試並不成功。他曾嘗試使用該技術來放大人類神經生長因子的片段,其序列最近已發表。然而,Cetus 的科學家與穆利斯一起堅持了幾個月,創建了一個合適的實驗系統以使其發揮作用。
Mullis 寫道,第一次成功的 PCR 嘗試是在 1983 年 12 月 16 日。穆利斯沒有使用人類 DNA,而是選擇使用質粒,一種更簡單的細菌 DNA。
該過程將結果利用塔克DNA聚合酶,一種來自細菌的酶發現於黃石國家公園的溫泉叫水生棲熱菌。這一點很重要,因為每輪 DNA 擴增都需要高溫,而且塔克DNA聚合酶可以耐熱。由於其在 PCR 中的作用,該酶被加冕1989 年《科學》雜誌「年度分子」。
1985年,團隊在期刊上發表論文科學概述了他們如何使用 PCR 擴增人類 DNA 作為診斷鐮狀細胞性貧血的潛在方法。
一個申請PCR專利由 Cetus 於 1986 年提交,Mullis 申請1985年獲得專利。這兩項專利均於 1987 年獲得授權。
然而,穆利斯博士1986年離開Cetus。他因發現 PCR 所付出的努力而獲得了 10,000 美元的報酬,但這與五年後 Cetus 出售權利的 3 億美元相比顯得相形見絀。
正如卡里·穆利斯 (Kary Mullis) 在他的書中寫道:「它將傳播到世界上每個生物實驗室。我會出名的。我會獲得諾貝爾獎。這是一個絕對正確的想法。