之前除非你在实验室里使用过聚合酶链式反应 (PCR),否则你可能不知道它的存在。即便如此,你也可能不知道它的起源。
PCR 有广泛的应用范围 ?,,, 乃至人类基因组。基本上,只要科学家在研究 DNA,就很有可能会用到 PCR。
PCR 可以提取极少量难以研究的 DNA,并且不断放大将其分成更大的数量,使其更容易研究。在 PCR 发明之前,这个过程漫长而艰辛,科学家利用克隆技术扩增 DNA在细菌中。
它被认为是一种革命性的技术,并在这首虔诚的颂歌中得到了总结。
PCR 的发明者是 Kary Mullis 博士,他因此获得了1993 年诺贝尔化学奖。
简单地说,穆利斯博士被科学界许多人认为是一位有争议的和有问题的被描述为“人际关系破坏球”的人物加州杂志。
他的朋友兼同事托马斯·J·怀特博士说:“他虽然魅力十足,但有时也会非常粗鲁。”告诉纽约时报。在接受采访时《时尚先生》穆利斯反复抚摸采访者,并试图说服她和他睡觉,即使她拒绝了。她会稍后描述他“令人发指”且“令人厌恶”。
他也有一些奇怪的(和完全错误的)科学观点——例如,他不相信人类导致气候变化,也不相信艾滋病毒导致艾滋病。他的同事他经常指出在提出想法时犯了基本生物学方面的错误。
穆利斯博士去世,享年74岁2019年8月7日,从肺炎导致呼吸和心脏衰竭。然而,要了解他是如何发明 PCR 的,我们必须回溯到 1983 年 5 月。
脱氧核糖核酸之旅
正如他在书中所述心灵场中的裸体舞蹈那天,穆利斯正驾驶着他的银色本田穿过加州,从伯克利前往他在安德森山谷的小屋。星期五当时,穆利斯受雇于一家生物技术公司 Cetus。他从事寡核苷酸研究:核苷酸的短链,是 DNA 和 RNA 的组成部分。
开车的时候,他的大脑开始变得富有创造力。“DNA 链盘绕着漂浮着。蓝色和粉色的电分子图像在山路和我的眼睛之间某处喷射出来,”他回忆道。
在泡沫中声明此时他已经“功能清醒”了。然而,他著名的爱情用于服用 并制作迷幻药 LSD 为这些色彩斑斓的场景赋予了另一种背景。事实上,他曾经说过“如果我没有服用 LSD,我会发明 PCR 吗?我对此深表怀疑 [?] 我可以坐在 DNA 分子上观察聚合物经过。我部分是通过服用迷幻药学到这一点的。”
发现 LSD 的阿尔伯特·霍夫曼说穆利斯亲自告诉他,迷幻药帮助他想出了 PCR 的概念。
当 DNA 在穆利斯的脑海中翩翩起舞时,他想到了两个寡核苷酸如何能够粘附在一串相对巨大的遗传物质中一小段感兴趣的区域的两端。
他的计算机编程经验也浮现在他眼前,他开始考虑如何将一个反复的数学程序应用到这个过程。这意味着在用寡核苷酸标记感兴趣的区域后,可以利用 DNA 自我复制的自然倾向来反复复制这个感兴趣的区域。
穆利斯停下车,驶离道路,开始在信封上热情地写下他的想法,他写得太过热情,以至于把铅笔芯都折断了。
测试 PCR 理念
这个灵感并不是留在他汽车的驾驶座上的。穆利斯写道,“我们回到我的小屋,我开始在每一个可以用钢笔、铅笔或蜡笔画的水平面上画小图表,直到天亮。”
现在他必须证明他的想法。
他在 Cetus 研讨会上提出了自己的想法1983年8月,对此表示怀疑。
穆利斯在一篇Google 技术讲座2010 年。“他们之所以不相信这一点,是因为它的效果太惊人了。并不是因为其中任何一个步骤不太可能奏效。”
“他获得了很多数据,但他遇到了个人问题,倾向于进行不受控制的实验,所以当他得到结果时,结果并不十分令人信服,”怀特博士告诉纽约时报。
事实上,他第一次尝试 PCR 并没有成功。他曾尝试用该技术扩增人类神经生长因子的一个片段,该片段的序列最近才公布。然而,Cetus 的科学家与穆利斯一起坚持了数月,创建了一个适当的实验系统并使其发挥作用。
穆利斯写道,首次成功进行 PCR 是在 1983 年 12 月 16 日。他的同事弗雷德·法卢纳 (Fred Faloona) 帮助建立了反应。穆利斯没有使用人类 DNA,而是决定使用质粒,一种更简单的细菌 DNA。
该过程将结果利用塔克DNA 聚合酶,一种来自细菌的酶在发现黄石国家公园温泉被称为水生栖热菌。这很重要,因为每一轮 DNA 扩增都需要高温,并且塔克DNA 聚合酶可以耐受高温。由于其在 PCR 中的作用,该酶被加冕1989 年被《科学》杂志评为“年度分子”。
1985 年,该团队在期刊上发表了一篇论文科学概述了他们如何使用 PCR 扩增人类 DNA 作为诊断镰状细胞性贫血的潜在方法。
一个申请专利PCR由 Cetus 于 1986 年提交,Mullis 申请1985 年专利.两项专利均于1987年获得授权。
然而,穆利斯博士1986 年离开 Cetus他因参与发现 PCR 而获得了 10,000 美元的报酬,但与五年后 Cetus 以 3 亿美元的价格出售该权利相比,这笔钱简直不值一提。
正如凯瑞·穆利斯在他的书中所写,“它将传播到世界上每一个生物实验室。我将出名。我将获得诺贝尔奖。”这是一个绝对正确的想法。