十幾年的兇殺案件始終無(wú)法告破，多年后......

經(jīng)常在警匪片中有這樣的橋段：十幾年的兇殺案件始終無(wú)法告破，當(dāng)年辦案的警察一直內(nèi)心不安。多年后憑借當(dāng)初在犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集的頭發(fā)、血液等樣品，終將疑犯捉獲，大快人心。

但是，大家有沒(méi)有想過(guò)，為什么當(dāng)初親歷現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法破獲，十幾年后卻能穿越還以真相？

一切奧秘都在那幾根頭發(fā)或幾滴血液之中，因?yàn)樗鼈兒凶锓釜?dú)一無(wú)二的DNA密碼。

這些樣品中的DNA非常微量，在過(guò)去并不能提供多少幫助，但是現(xiàn)在不一樣了，因?yàn)槿藗儞碛辛丝焖俅罅繌?fù)制這些DNA的法術(shù)——聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase chain reaction，PCR）。

PCR技術(shù)是什么呢？

DNA長(zhǎng)得就像一架扭曲的梯子，由中間短短的橫桿連起兩根長(zhǎng)長(zhǎng)的粗桿。

DNA的復(fù)制方式叫“半保留復(fù)制”，相當(dāng)于將這架梯子中間的橫桿劈開(kāi)，兩根粗桿分開(kāi)后，分別用每一根粗桿作為模板合成出另一根粗桿，并最終組合成兩架和先前一模一樣的梯子，實(shí)現(xiàn)DNA擴(kuò)增。如果接著將新合成的梯子繼續(xù)分開(kāi)當(dāng)作模板，又能獲得更多的新梯子。

這個(gè)過(guò)程其實(shí)很像細(xì)胞的分裂，每一輪增加一倍數(shù)量的DNA，1變2，2變4，4變8……在最初提到的案例中，警方只要獲取一份DNA樣品，想辦法提供可以讓其復(fù)制的條件和材料，在短短兩個(gè)小時(shí)內(nèi)就能通過(guò)PCR儀這一快速DNA復(fù)印機(jī)，獲得2n倍的DNA，再經(jīng)過(guò)序列測(cè)定和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比分析，天網(wǎng)恢恢，越收越小，最終實(shí)現(xiàn)疏而不漏。但是如此基礎(chǔ)重要的技術(shù)，其出現(xiàn)的歷史也不過(guò)只有三十多年，比互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的時(shí)間還要短（1969年世界上互聯(lián)網(wǎng)的前身阿帕網(wǎng)ARPAnet建立鏈接）。

PCR技術(shù)的發(fā)明者穆利斯（Kary Banks Mullis）是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的科學(xué)家，因?yàn)樗麄€(gè)性放蕩不羈，不愿意認(rèn)真做研究還總是惹麻煩。

雖然他拿的是生物化學(xué)博士學(xué)位，但是憑借的卻是發(fā)表在Nature上的一篇與宇宙大爆炸理論相關(guān)的論文。
在他1998年出版的自傳Dancing naked in the mind field中，記錄了這項(xiàng)偉大發(fā)明的靈感源泉。當(dāng)時(shí)他正在美國(guó)加利福尼亞一段山間公路駕車行駛：“我的思維飄回實(shí)驗(yàn)室，看到DNA鏈在我眼前旋轉(zhuǎn)、漂浮，發(fā)亮的藍(lán)色和粉色帶電分子充斥山路，滿目可見(jiàn)……”
盡管，他是位拖延癥患者，還一度差點(diǎn)被公司開(kāi)除，但最終在他人的協(xié)助下，于1984年11月15日終獲PCR實(shí)驗(yàn)成功，而此時(shí)距離人們發(fā)現(xiàn)“DNA半保留復(fù)制方式”已經(jīng)過(guò)去了整整二十七年。

與現(xiàn)在相比，最初PCR的操作過(guò)程是非常繁復(fù)的。

因?yàn)?，想要把DNA這架梯子的長(zhǎng)粗桿分開(kāi)，需要借助高達(dá)95℃左右的高溫，之后降到55℃左右去尋找正確的復(fù)制起點(diǎn)，再回溫到72℃形成完整的DNA新鏈，方才完成一輪擴(kuò)增。

然而，最初在PCR所需要的材料（引物、脫氧核苷三磷酸、DNA聚合酶、含有鎂離子的緩沖體系）中，DNA聚合酶并不耐熱，一輪高溫摧殘下來(lái)便告失效，每一輪反應(yīng)之初都需要人工重新添加。

好在后來(lái)人們從“住”在美國(guó)黃石公園熱泉中的嗜熱細(xì)菌體內(nèi)獲得了耐熱的DNA聚合酶（Taq酶），才將科學(xué)家們從繁復(fù)的手工操作中解放出來(lái)。

現(xiàn)在只要將所有樣品混合好，放到PCR儀中，不用再補(bǔ)加材料，就能實(shí)現(xiàn)神奇的DNA體外擴(kuò)增，有些生物黑客甚至還在自家廚房的三個(gè)保溫桶（分別調(diào)至55℃、72℃和95℃）中完成了這一“壯舉”呢。

PCR就如同阿基米德撬動(dòng)地球的杠桿一樣撬動(dòng)了生命科學(xué)。如今，幾乎所有生命科學(xué)的研究都離不開(kāi)它，在刑偵、疾病診斷、親子關(guān)系鑒定、考古等諸多領(lǐng)域均有應(yīng)用，并且還派生出了熒光定量PCR和微滴式數(shù)字PCR等技術(shù)。
1993年，穆利斯獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，世人們會(huì)永遠(yuǎn)記住他的靈光一現(xiàn)。

THE END

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