PCR技術的發(fā)展（上）

各位科研君每天穿梭于實驗室，一定枯燥乏味吧！今天，和小編一起任性一回！聽聽小編給你講故事。注意啦，小伙伴們搬起板凳坐好啦！小編要開始講啦！

故事還得從我們熟悉的PCR開始～～～

PCR (Polymerase Chain Reaction)，聚合酶鏈式反應，取名效法“原子核裂變鏈式反應”。首先將待擴增DNA模板加熱變性解鏈；隨之冷卻至某一溫度時，引物與待擴增模板序列發(fā)生退火結合；再將溫度升高使退火引物在DNA聚合酶作用下得以延伸。其“鏈式”的含義在于，下一個反應循環(huán)(Cycle)使用的模板為上一個循環(huán)中的產物，故待擴增的DNA片段在鏈式反應中以2^n的幾何級數增長。

雖然PCR的基本原理非常簡單，但是其中隱藏了很多的有趣故事。讓我們先從PCR發(fā)明的歷史開始說起，聊一聊我們最熟悉也最陌生的PCR吧！究竟是哪一個大教授發(fā)明了PCR呢？對！就是當時的這個帥小伙，凱利•穆利斯（K.B.Mullis）博士！

K.B.Mullis出生于1944年，童年時光，Mullis和兄弟姐妹們一起在農場里頑皮。此時，Mullis的生活和自然科學還沒有半點關系，他的童年時代并不像其他大科學家們那樣，從小就對身邊的自然現象充滿了興趣。1953年，PCR技術的理論基礎——DNA雙螺旋模型被提出的時候，Mullis和小伙伴們還仍然在鄉(xiāng)間開心地玩耍著呢。中學時代，Mullis來到了南卡羅萊納的首府Columbia，開始了一點點與科學相關的活動，可居然是造火箭。使用從媽媽廚房里拿出來的糖，以及從當地藥店開出來的硝酸鉀，還有不知道從哪里弄來的炸藥引線，Mullis就和小伙伴們在自家院子里面設計火箭。經過一次次的實驗，他們的火箭尺寸越做越大，最后竟然將一直青蛙發(fā)射了出去，飛了一英里多！

研究生階段，Mullis來到UC Berkeley攻讀生物化學博士學位，此時遺傳密碼剛剛被破解。但是Mullis仍然對DNA并不感冒。相反，他沉浸在天體物理學的課程當中，1968年甚至還在nature上發(fā)表了一篇論文闡述自己提出的假說《時間反演的宇宙學意義（The Cosmological Significance of Time Reversal）》。就是這篇文章幫助他“順利”通過博資考核。（這樣的經歷估計放在現在國內的大學里，肯定被老板找去談話不知道多少次了吧�。�

畢業(yè)之后，Mullis輾轉過幾個城市，更換過幾個不同的工作（寫寫科幻小說啦，殺殺老鼠啦……）。到了1979年，他才找到了一份固定的工作，在Cetus生物技術公司負責DNA合成工作，為公司里其他部門的研究提供20nt左右長短的DNA段片段。此時的他已經已經35歲了（看來都是大器晚成啊�。�，Mullis才和DNA發(fā)生了聯系。

由于自己的工作比較清閑，于是他開始幫隔壁實驗室的人思考如何檢測基因組中的單堿基突變。對于這個課題，Mullis曾提出一個叫做“oligomer restriction”的方法，非常類似于Sanger測序的原理：將一個DNA短片段結合在待測堿基的上游，隨后利用放射標記的雙脫氧核糖核苷三磷酸（ddNTP）為原料，在體外進行DNA復制。由于ddNTP的特性，DNA復制會停在ddNTP結合的位置。接下來只需要依次放射標記四種ddNTP，再通過跑膠觀察就可以得知待測位點的堿基是什么了。Mullis對于這一問題的思考堪稱“偉大的思考”，因為想法演化成了PCR技術，同時與1980年獲諾貝爾獎的Sanger測序有著異曲同工之妙。