應用廣泛的PCR技術

什么是PCR技術

1865年，美國第16任總統林肯遇刺身亡，時年才56歲。然而，一些研究人員聲稱，他即使不遇害，也將壽終正寢了。因為他已經患上了一種叫“馬方綜合癥”的疾病，患此病的人大多數只能活到這個年紀。

當前，這種事后診斷的依據只能來自于對林肯DNA所進行的遺傳分析。林肯死亡已100余年，漫長的歲月已使他的遺傳試樣變得很稀少，顯然這種分析是相當困難的。

但是現在，科學家已經發明了一項新技術，它可對遺傳試樣進行幾乎是無限的擴增和復制，從而有可能獲得足夠多的林肯遺傳材料，來證實他們的猜測診斷。

這項由化學家莫利斯在1983年研究發現的新技術稱為聚合酶鏈反應技術，即PCR技術。在此之前，幾乎沒有任何技術能像PCR技術那樣，拓寬該領域的研究范圍，它包括醫學研究、診斷學、法醫學、遺傳學、微生物學、生物進化和工業技術。這些領域的大部分開發工作有賴于從DNA的細微圖形中獲取信息。

每一細胞中都可發現DNA，它載有決定某一生物體全部特征的遺傳密碼。DNA能影響到人類的一切特征：從眼睛顏色到是否對食用水生貝殼類動物過敏等。人體各部分都包含有其自身獨一無二的“DNA標記”，當某單一基因對發生偏差時，疾病也隨之生成了。

如果研究時科學家所掌握的相關遺傳材料越多，那么該項研究就可進行得既快又容易。然而復制DNA是一件相當乏味、費時和花錢多的事情。以最常用的方法無性繁殖為例，科學家先將DNA片段引入到活細菌內，然后要等待幾天甚至幾星期，直到細菌生產出足夠量的基因材料復制品。

有了PCR技術，人們就不必再干這類令人厭煩的工作，科學家也不用像大海撈針那樣去探尋各類疾病的遺傳印記，或極為精密地確定細胞組織的方位了。需要時，甚至可利用PCR技術將某單一DNA片段復制擴增為數百萬或數億萬DNA。

塞特斯生物技術公司將著手開發的一種稱為熱循環控制的裝置，能為給定的DNA片段自動進行PCR技術處理，一名實驗人員所做的全部工作僅僅是添加一些核甙酸混合物、引物和一些DNA聚合酶，在數小時內，他即可采集到一千億份原始試樣的復制品。

這種方法是那么容易，循環控制裝置價格也相當便宜，以致于各種小型實驗室現在都能從事這類遺傳研究和診斷。目前，科學家已經在下面一些領域的研究中應用PCR技術。

人類基因圖

為了畫出人類基因圖，整個國際社會已經花費15年的時間和3億美元的巨資。

在發現PCR技術之前，科學家把測定過的DNA片段冷藏在液態氮中，如果某一個同事想要擴增該片段，科學家必須將多余的試樣包裝起來，送往該同事的實驗地點。

現在，這些經過測定的核甙酸序列信息已被輸入計算機數據庫。如果某一研究人員想要探查一種特定基因的序列，他所做的一切僅僅是從計算機取出該片段的代碼，隨后就能制成必需的引物，接著將引物放人裝有整個DNA片段的PCR熱循環裝置內，稍等片刻，他就能獲得所需特定DNA片段的許多復制品。

人類基因組由33億以上的核甙酸對組成，利用PCR，可使制作每一核甙酸結構圖的費用降低到5～10美元，這僅為過去費用的三分之一或五分之一。它為確保人類基因圖的成功繪制創造了有利條件。

艾滋病檢查

要診斷某人是否感染了艾滋病毒，目前的辦法只有通過驗血，即測定血中是否存在著能抵抗病毒的抗體。利用PCR技術就能直接擴增和探查到艾滋病毒的基因。

這項技術具有驚人的靈敏度，能在15萬細胞體中揭示出15個病毒性DNA，這意味著對艾滋病人能進行早期診斷和治療。

以PCR檢測為依據，還能為感染艾滋病毒的母親們解疑釋難，對她們生下的嬰兒進行正確診斷。

DNA“指紋”識別

上世紀80年代中期，刑偵科學已將DNA技術用于破案定罪，這是基于每個人的DNA都有不同的密碼。

這種密碼可在所有活細胞內找到，從罪犯在現場遺留下來的頭發、體液和皮屑中，都可獲得他的遺傳信息。但是，如果某一細胞組織的試樣太小或腐敗變質，就不可能獲取可靠的DNA配對。

采用PCR技術，專家們就能擴增某單一成分的DNA，并能作出正確鑒定。

遺傳診斷學

對鐮形血球性貧血癥、慢性膀胱炎、脊髓病性肌肉萎縮、亨廷頓舞蹈病和現在快速增長起來的各類遺傳疾病，現在醫生可以給病人作出比以往早得多的診斷。

在某些情況下，醫生采用PCR技術，通過檢測取之于微小細胞內的遺傳材料來進行產前診斷，這種微小細胞是在胚胎由雙細胞變為4細胞時被遺棄下來的。

基因治療

醫生給病人注入經遺傳工程處理過的細胞，渴望治愈各種少見的遺傳疾病、癌癥、心臟病和艾滋病。

在治療期間，醫生用PCR精確測定病人體內是否開始再生出可控制的、擺脫病毒侵害的細胞，并擴增病人血液中的DNA，以核實所需要的基因。

生物進化

美國加利福尼亞大學的分子生物學家帕博把在佛羅里達州泥炭沼里發現的已埋藏了7千年的木乃伊人腦的DNA，與現代亞洲人的遺傳材料進行比較，發現他們二者是相似的，這為早期人類是渡越白令海峽遷徙到北美去的理論提供了新依據。

另一位分子生物學家維爾遜也借助PCR，再次證實了其早期的研究成果，即現代人為20萬年前非洲單一古老人群體的后裔。

工業應用

政府和商業部門常需要一種能監督工業或生物技術產品的有效手段。塞特斯公司的生物物理學家多林格已建議，讓DNA發揮類似于顯微鏡的識別鑒定作用。

首先，將DNA核甙酸以某種方式排列，使其形成一種可識別的“密碼”，據此探查燃油或炸藥類易燃易爆產品。例如，調查人員在分離和擴增DNA后，就能識別其中的密碼標記，以追查對不封口油料泄漏負有責任的油船，和把炸藥制成恐怖分子手中炸彈的國家。

同樣可將這類密碼標記添加到各種特許專賣生物技術制品中，借此保護專利產品和打擊黑市銷售的偽劣產品。