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PCR技术之父-凯利·穆利斯

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2024/11/28 18:08:36

部分友友还是搞不清楚PCR是个什么东西,搞不清楚为什么可以进行基因扩增,这一节我们就了解一下穆利斯与PCR技术的发现与发展。

一、PCR的提出和发展

       1983年春天的一个周五晚上,穆利斯开车带着女友前往乡间度周末。在蜿蜒的乡间公路上开着车一段DNA反复复制的景像,在他的脑海里冒了出来。

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       事实上,DNA复制起始于DNA的解链,只需要通过加热让双链DNA变为单链DNA,然后再添加和单链DNA末端相结合的引物DNA,这样就开始了复制的过程,因此,只需要人为的给予其一些条件,就可以让DNA在实验室环境下由1个变为2个、2个变为4个……从而大量地复制扩增!这些关于PCR雏形的想法让穆利斯兴奋不已,整个周末,山间小屋的全部纸片都被他用来打草稿了。

       1983年8月,穆利斯第一次正式地将他所设想的PCR方法原理在公司里作了展示,但是穆利斯的设想并没有得到大家的认同。

       经过几个技术员和穆利斯反反复复地调整实验条件,直到1984年11月,他们第一次获得了可信的结果,接下来,日裔技术员才木的加入使得PCR的结果更加干净漂亮,毋庸置疑!

       1986年5月举行的“人类分子生物学”专题研讨会,在这次大会中,穆利斯在很多分子生物学界专家面前第一次报道了PCR的原理和实际应用结果,向世人建立了其PCR发明人的印象。

       1988年,塞凯等从温泉中分离的一株水生嗜热杆菌中提取到了一种耐热DNA聚合酶,将该来源的聚合酶用在PCR之后的结果让大家欣喜若狂,此酶不仅耐高温,热变性时不会被钝化,不必在每次扩增反应后再加新酶,并且大大地提高了扩增片段的特异性和效率,灵敏度也大大提高。此酶被命名为TaqDNA多聚酶。这也就是现在PCR技术所常使用的酶。

       直到后来自动热循环仪的发明,实现了PCR的快速扩增、自动化,才使得PCR广泛地应用起来 。

二、什么是PCR?

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      1.PCR,聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR),一种体外扩增核酸的技术。它可以在短时间内倍增极微量DNA(理论上说仅有一个DNA就足够了)至十万或百万倍。

      2.PCR过程主要分为以下三个阶段:

       (1)变性(Denaturation):将双链DNA加热至高温(通常94-98℃),使其解链成为单链DNA。(高温使DNA双链变成单链)

模板DNA经加热至95℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双徒DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应做准备。

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(2)退火Annealing):降低温度(通常50-65℃),使寡核苷酸引物与目标DNA片段的互补序列结合。引物的设计需要与目标DNA片段的两端互补,以确保扩增的准确性。(低温使引物与模板结合)


模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合。
(3)延伸(Extension):升温至适当温度(通常72℃),使Taq酶在引物与目标DNA片段结合处开始催化合成互补链,完成DNA扩增。



DNA模板—引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。


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三、PCR的应用

1.DNA测序:PCR扩增可以提供足够的DNA量进行测序,从而帮助人们了解DNA序列的结构和功能。

2.基因分型:PCR扩增可以扩增出目标基因的特定片段,从而进行基因分型和分析。

3.基因克隆:PCR扩增可以扩增出目标基因的全长或部分序列,从而进行基因克隆和表达。

4.病原体检测:PCR扩增可以扩增出病原体DNA的特异性序列,从而进行病原体检测和诊断。


总之,PCR技术是一种快速、高效、灵敏、特异的DNA扩增技术,已经成为现代生物学研究和分子诊断的必需技术。


参考文献


[1] 赵家业, 穆利斯与PCR技术, 医学与哲学. 1994


[2] 张婷婷, 细说PCR——生物技术海洋之一粟, 生命世界. 2007

[3]许林玉, 凯利穆利斯, 科学人物. 2019

[4]古佳玉、安成才, T-Linker PCR技术, 科学前言. 2003


[5]Pai-Dhungat J,Kary Mullis-inventor of PCR.2019


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