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PCR的創(chuàng)建
Khorana (1971)等zui早提出核酸體外擴(kuò)增的設(shè)想:“經(jīng)DNA變性,與合適的引物雜交,用DNA聚合酶延伸引物,并不斷重復(fù)該過程便可合成tRNA基因?!钡捎诋?dāng)時基因序列分析方法尚未成熟,熱穩(wěn)定DNA聚合酶尚未報道以及引物合成的困難,這種想法似乎沒有實際意義。加上分子克1隆技術(shù)的出現(xiàn)提供了一種克1隆和擴(kuò)增基因的途徑,所以Khorana的設(shè)想被人們遺忘了。
1983年4月的一個星期五晚上,他開車去鄉(xiāng)下別墅的路上,猛然閃現(xiàn)出“多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”的想法。
1983年12月,Mullis用同位素標(biāo)記法看到了10個循環(huán)后的49 bp長度的第yi個PCR片段;
1985年,Kary Mullis在Cetus公司工作期間,發(fā)明了PCR。Mullis要合成DNA引物來進(jìn)行測序工作,卻常為沒有足夠多的模板DNA而煩惱。
1985年10月25日申請了PCR的專1利,
1987年7月28日批準(zhǔn)(專1利號4,683,202 ),Mullis是第yi個發(fā)明人;
1985年12月20日在Science雜志上發(fā)表了第yi篇PCR的學(xué)術(shù)論1文,Mullis是共同作者;
1986年5月,Mullis在冷泉港實驗室做專題報告,全世界從此開始學(xué)習(xí)PCR的方法。
PCR原理
DNA的半保留copy是生物進(jìn)化和傳代的重要途徑。雙鏈DNA在多種酶的作用下可以變性解旋成單鏈,在DNA聚合酶的參與下,根據(jù)堿基互補配對原則復(fù)1制成同樣的兩分子拷貝。在實驗中發(fā)現(xiàn),DNA在高溫時也可以發(fā)生變性解鏈,當(dāng)溫度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈。因此,通過溫度變化控制DNA的變性和復(fù)性,加入設(shè)計引物,DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外copy。
但是,DNA聚合酶在高溫時會失活,因此,每次循環(huán)都得加入新的DNA聚合酶,不僅操作煩瑣,而且價格昂貴,制約了PCR技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
耐熱DNA聚合酶-Taq酶的發(fā)現(xiàn)對于PCR的應(yīng)用有里程碑的意義,該酶可以耐受90℃以上的高溫而不失活,不需要每個循環(huán)加酶,使PCR技術(shù)變得非常簡捷、同時也大大降低了成本,PCR技術(shù)得以大量應(yīng)用,并逐步應(yīng)用于臨床。
PCR技術(shù)不僅可用于基礎(chǔ)研究,還適用于日常的臨床診斷、法醫(yī)學(xué)調(diào)查和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究。這些應(yīng)用要求可靠的性能、及時的靈敏度和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。因此,所使用的PCR儀和PCR試劑必須符合這些要求和目的。
分子診斷應(yīng)用包括基因檢測、致癌突變檢測以及感1染性疾病檢測。在法醫(yī)學(xué)中,利用 PCR進(jìn)行人類身份鑒定是通過對特別的短串聯(lián)重復(fù)序列(STR)進(jìn)行擴(kuò)增而區(qū)分個體的。在農(nóng)業(yè)學(xué)中,PCR在食物病原體檢測、育種植物基因分型和 GMO測試中具有重要作用。