〖新语丝百科工程〗 聚合酶链反应（ＰＣＲ） ·方舟子· 聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction)简称ＰＣＲ，是一项在 短时间内大量扩增特定的ＤＮＡ片段的分子生物学技术。 【开发史】 这项技术的发明人是Kary Mullis。１９８３年，在一家生物高技术 公司（Ｃｅｔｕｓ）工作的Mullis着手解决用简单的方法鉴定某一段ＤＮ Ａ的技术问题，有一天晚上他驱车在北部加州１０１号高速公路上，灵机 一动想到了一个实际上可以无限扩增某段ＤＮＡ的简单方法，即ＰＣＲ。 在１９８５年的一次学术会议上，此方法首次被介绍，在分子生物科学家 中也引起了链反应。大家很快地纷纷采用这个方法，很多人还很奇怪自己 怎么没有首先想到这么做。Ｃｅｔｕｓ给了Mullis一万美元的奖金，随后 把这项技术的专利以三亿美元的价格转让给另一家生物高技术公司。在短 短的几年内，ＰＣＲ迅速成为分子生物学的一项常规手段，并得到了广泛 的实际应用，被许多科学家视为近十年来分子生物学领域最重要的一项技 术突破。１９９３年，Mullis因此获得诺贝尔化学奖。 【原理和方法】 众所周知，ＤＮＡ是由四种碱基按互补配对原则（即腺嘌呤Ａ对胸腺 嘧啶Ｔ，鸟嘌呤Ｇ对胞嘧啶Ｃ）组成的螺旋双链。在细胞内，ＤＮＡ复制 时，解螺旋酶首先解开双链让它变成单链做为模板，然后，另一种酶－－ ＲＮＡ聚合酶合成一小段引物（ｐｒｉｍｅｒ）结合到ＤＮＡ模板上，最 后，ＤＮＡ合成酶以这段引物为起点，合成与ＤＮＡ模板配对的新链。Ｐ ＣＲ即是在体外模拟ＤＮＡ复制的过程，它用加热的办法让所研究的ＤＮ Ａ片段变性变成两条单链，人工合成两个引物让它们结合到ＤＮＡ模板的 两端，ＤＮＡ聚合酶即可以大量复制该模板。 假定我们要研究的ＤＮＡ双链两端的序列是： TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA 在ＰＣＲ之前，我们首先人工合成两段有２０－３０碱基的引物，能 够分别与上下两条链的一端配对，比如一条是（为与模板能够区别，以小 写表示）:ataagcccgaaaggttcgtt，另一条就是tttacggatcggcaacctat。 把这两段引物和ＤＮＡ模板、ＤＮＡ聚合酶、底物（四种脱氧核苷）混合 在一起，我们就可以开始做ＰＣＲ了。 第一步叫“变性”，把样品加热到９４－９６摄氏度一到数分钟，让 ＤＮＡ模板变性变成单链。 第二步叫“退火”，让样品的温度下降到５０－６５摄氏度一到数分 钟，引物就可以结合到模板上去。 TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT ataagcccgaaaggttcgtt tatccaacggctaggcattt ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA 第三步叫“延伸”，让样品的温度上升到７２摄氏度一到数分钟，Ｄ ＮＡ聚合酶就可以从引物开始用底物复制出新链。 TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCTATCCAACGGCTAGGCATTT ataagcccgaaaggttcgttGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA TATTCGGGCTTTCCAAGCAACTAG...........GATCtatccaacggctaggcattt ATAAGCCCGAAAGGTTCGTTGATC...........CTAGATAGGTTGCCGATCCGTAAA 这样经过三步一个循环，一条双链就变成了两条，再来一个循环，就 变成了四条……在一个由计算机控制的循环加热器上经过三十个循环，就 可以把原来的样品精确地扩增了２的３０次方倍，而这只需要两三个小时。 ＰＣＲ要成功，必须要有能够忍耐高温、在高温下仍然能有活性的Ｄ ＮＡ聚合酶。这种酶可从生活在温泉中的细菌中提取，其中最常用的一种 叫Ｔａｑ聚合酶。野生型的Ｔａｑ聚合酶保真度较差，在复制比较长的模 板时容易发生点突变。通过遗传工程，我们已获得了高保真度的Ｔａｑ聚 合酶，大大提高了ＰＣＲ复制的精确程度。 【应用】 在分子生物学基础研究上，ＰＣＲ被广泛地用于基因克隆和制造突变。 在临床医学上，ＰＣＲ被用于鉴别遗传疾病和快速检测病毒、病菌感 染。用传统的方法，要检测病毒、病菌的感染需要把病原体培养数周才能 鉴定，而现在用ＰＣＲ，即可以迅速判断人体细胞（比如血液细胞）中是 否存在病毒、病菌的ＤＮＡ（比如ＨＩＶ的ＤＮＡ）而确诊。 在法医上，ＰＣＲ目前已成为发现罪证的重要方法。比如，０·１微 升的唾液痕迹所含的ＤＮＡ就可以通过ＰＣＲ扩增而获得足够量的ＤＮＡ 进行测序鉴定罪犯。毛发、血迹、唾沫、精液因此都可以成为重要的罪证。 利用ＰＣＲ技术，科学家们已从林肯的头发和血液、埃及的木乃伊、 琥珀中八千万年前的昆虫、恐龙的骨头等不寻常的样品中提取了足够的Ｄ ＮＡ进行研究。博物馆中的化石标本都有可能成为遗传学的研究对象，一 门分子古生物学因此诞生。 1997.3.20.