这是一种可以将任意的遗传基因放在试管里进行随意复制的技术。我们在复制DNA的时候,再也不需要借助大肠菌了。这在分子生物学上,真的是一场很大的革命。 事实上,PCR的原理是非常简单的。
首先,将我们准备复制的DNA放入到前面提到的塑料药管内,然后在很短的时间内将其加热到100℃左右。这个时候,将A与T、C与G连在一起的结合部就断开了,DNA也就分成了有义链和反义链(如果仅仅对DNA链进行加热的话,它是不会断开的)。然后将药管迅速冷却到50℃以下。随后再将其缓缓地加热到72℃。
往药管中装入一种被称作多聚酶的酶和引物(一条很短的合成4 DNA链),另外,要提前往里面加入足量的A、T、C、G这4种核苷酸。多聚酶附着在有义链的一端,借助引物构成有义链,将对应的DNA链用4个字母连缀起来。反义链的形成也是同样的道理。也就是说,可以通过多聚酶来合成新的DNA链。
合成反应差不多在1分钟左右就可以完成。合成反应结束之后,DNA的数量就会翻倍。这个时候,再对药管进行加热,使其温度达到100℃。于是,DNA就又分成了有义链和反义链。当药管的温度降下来之后,又可以通过多聚酶进行合成反应。这个时候,DNA的数量就变成了最初的4倍了。就这样,一直重复。每做一次实验,都用不了几分钟。最初的DNA数量在10多次实验之后,变成了210个,即1024倍。20次之后,就是100多万倍。30次之后,就是10亿倍了。而要使DNA达到这个数目,我们所用的时间还不到2个小时。
PCR机只不过是一种将药管温度提高后再降下来的机器。但是,在这一过程中,药管里的DNA发生了连锁反应,数量在不停地翻倍。
为了使酶在药管加热到100℃的时候仍然不失去其原有的活性,我们这里使用的多聚酶是从海底火山附近的土壤中采取的一种特殊细菌中提取出来的。即使在100℃的高温下,它也不会发生变性,反应的最佳温度是72℃。这种酶对于PCR机的普及作出了非常大的贡献。PCR的优点并不在于对DNA进行单纯的复制,它还能从混合DNA中提取我们所需要的那部分DNA,并对其进行复制。
从DNA的大森林里寻找特定的目标
人体的基因组由30亿个字母组成。我们可以来想象一下,如果每页书印刷1000字,每本书有1000页的话,总共需要印刷3000本书,这项工程简直是太浩大了。在遗传基因研究中,我们需要从其中找出特定的部分来进行研究。但是,仅仅把它们找出来,还是远远不够的。我们还必须对找出来的这部分进行复制。PCR机就是巧妙地利用有义链和反义链的作用,同时实现了寻找和复制DNA的一种高科技。
在这里,关键是引物。引物其实就是一条非常短的,由10-20个字母组成的DNA链。如果是这么长的话,我们可以对其随意进行人工合成配对。
那么现在,就让我们从人体基因组里找出由1000个字母组成的特定的遗传基因,并且对其进行复制吧。在这里,我们实验用的量,就好比我们在犯罪现场所能收集到的嫌疑人的头发,是非常少的。但是,这又绝不允许失败。这1000个字母的排列里,有着确定个人信息的“指纹”排列,如果能将其破解,我们就掌握了“犯罪嫌疑人实施犯罪”的重要证据。
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