科普：PCR的前世今生

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PCR（聚合酶链反应，polymerase chain reaction）在现代分子生物学分析和遗传学中具有不可撼动的根本性基石地位。它与分子克隆和DNA序列分析几乎构成了整个分子生物学的基础部分。在现代生物科技中，它的应用领域涵盖了方方面面，包括农业、医学、法学、食品科学等等。
       PCR技术，这样一个推动人类生物科学进步的里程碑技术，它和所有人类伟大的发现与发明一样，是在漫长的文明科学技术积累下，在某个时间点，由一场看似偶然乍现的绚烂思想火花迸发而生。
       最初种下过PCR技术思想的种子是一位生物学巨匠——美籍印裔科学家，发现了遗传密码而被誉为基因合成的奠基人的哈尔·葛宾·科拉纳（H Gobind Khorana）


经过DNA变性,与合适的引物杂交,用DNA聚合酶延伸引物,并不断重复该过程便可合成tRNA基因。——科拉纳

       这样超前的关于核酸体外合成的设想几乎将PCR的雏形呼之欲出了，但可惜的是，这毕竟是“超前”的想法，当时的科技暂无法支撑其设想——尤其是热稳定DNA聚合酶尚未被发现，这至关重要的技术缺失，导致这个设想暂时被埋没。
       直到1983年的春天，一个正在嗑药飙车的Cetus公司的无节操职员——穆利斯突然迸发出了要做出一个扩增DNA技术的想法。


       穆利斯很快开始了实干，在初步实验中提出循环复制和两个引物系统的方法。
       经历了许多的探究和失败，他在1984年春，扩增人beta珠蛋白基因的58个碱基对，这在当时被穆利斯认为取得了伟大的成功，但是PCR技术并未真正成型。然而1984年的6月，一场穆利斯个人的人际关系危机却成为了PCR技术的转机。
      由于穆利斯的生活太过不（Sao）羁（Qi），在他与公司从总裁到同事屡屡闹大矛盾并做出伤风败俗之事之后，Cetus公司在对穆利斯处理意见大会中重新审视了穆利斯和他的实验。但最终还是没有解雇他，相反，还给他提供了团队及相应支持，但必须在限期一年内研发出PCR技术。
       这种事看起来确实不可思议，荒唐行径并没使穆利斯失去参与研究的权利，反而得到注重与支持。正是在这种高压之下，天才再次绽放。
       在Cetus公司研究员们的共同努力之下，穆利斯团队在1984年11月正式完成了全世界第一个PCR实验，将一个49bp的DNA片段进行了10次PCR循环的复制扩增。PCR技术横空出世！
       这就是PCR技术雏形，那时的PCR技术是非常的繁琐困难的，主要困难分为两个。



于是乎，一条关于PCR技术改进的时间线也就此形成：


       当人力和物力都得到解放时，PCR技术遵循着历史规律开始了高速而蓬勃的发展。而同时，历史给了PCR之父他应有的勋章——1993年，穆利斯被瑞典皇家科学院授予诺贝尔化学奖。
       当现代分子生物学技术逐渐完备，成型的PCR技术开始繁衍出大家庭，应人类的更高需要和不同探究方向，PCR技术种类日新月异，其应用范围也逐渐扩大到方方面面，例如：



      人们已不再满足于不可视的PCR操作了，于是在PCR反应体系中加入同位素或者荧光素标记的荧光基因，利用电子信号检测和计算机科学，可以实时地监控PCR。




      为了克隆已知序列旁侧的位置序列DNA片段，反向PCR技术应运而生，酶切DNA片段后链接为环状DNA分子，利用与已知序列两端特异性结合的两个3'端相互反向的引物，以环状DNA为模板即可扩增环状DNA分子上的未知片断。




      除了由DNA片段进行PCR扩增，逆转录PCR还可以以其中的mRNA作为模板，采用Oligo(dT)或随机引物利用逆转录酶反转录成cDNA。再以cDNA为模板进行PCR扩增。

       当PCR技术的种类渐渐繁多后，也大量应用于分子生物学的相关领域和产业。另一方面，PCR技术也与社会生活息息相关，在各行各业的发展中也逐渐留下了它的足迹。
       PCR技术被用于刑侦工作，很多凶案现场凶手会留下DNA信息，但仅凭现场留下的DNA数量做身份鉴定还是不够，这时往往都会利用PCR技术对DNA进行体外复制，然后再进行鉴定。
       在病原体的检测中，许多病原体已经有相应的PCR检测试剂盒，它能高效率、敏感地找出潜伏病毒的存在，使医务工作者能及时得到准确的判断。
       在我们的迫切关注的日常食品安全中，PCR技术也会对食品中的有害微生物进行探查。
       结语：如今的世纪是生物的世纪，在基因编辑婴儿诞生的那一刻起，人们对分子生物学的探究产生了新的聚焦，而PCR技术成为人类奔向未来的巨型车轮，大量重大的成果都将由它做最基础的承载。而其本身也并非是一成不变的，它每一次成长将开启一个新的领域篇章，联系着过去和未来。

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