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靈光一閃 PCR|科學史上的今天:4/8

聚合酶連鎖反應(PCR)簡要流程。圖/wikipedia

1983 年的今天,美國的生化學家穆利斯 (Kary Mullis, 1944-) 從位於舊金山灣區的公司下班後,載著也是化學家的女友珍妮佛沿著蜿蜒山路開往紅杉區,準備在林中小屋度過週末。他四年前才來 Cetus 公司從事 DNA 的大量合成複製,這雖然是種苦力的工作,但他還是甘之如飴,畢竟這可比前一個殺鼠取腦的工作有趣多了。

不過他還是不時在想難道沒有更好的辦法嗎?現在的做法得先用限制酶剪開 DNA,取得想要的片段,然後用連接酶將此片段插入質體,接著再將質體送入大腸桿菌細胞中,等大腸桿菌大量繁殖後,再從中分離純化出所要的 DNA 片段。整個過程繁瑣耗時又效率不佳。

車燈照著漆黑的路面,身旁的女友已熟睡,穆利斯的腦袋繼續想著這個問題。突然一個絕妙的想法逐漸成形:DNA 交纏的雙股在高溫下會分開,稍微降溫後加入事先準備好的「引子」;引子是短短的單股 DNA,其序列恰與目標片段的首尾兩端互補,所以會黏結到這兩個位置,就像用括號把句子前後括弧起來。於是我們有了兩個單股的 DNA 模板,此時再放進 DNA 聚合酶,使 DNA 材料結合到模板上,結果就形成兩個與目標片段一模一樣的 DNA。如此繼續如法炮製下去,所要的 DNA 就會 2、4、8、16、⋯⋯不斷地倍增,兩小時之內就可以得到上億個 DNA!

穆利斯興奮地把車停到路邊,顧不得會吵醒珍妮佛,彎身從她前面的置物箱中找出紙筆,將整個步驟寫下來。於是一個從此改變生物科技產業的發明於焉誕生,這個稱為「聚合酶連鎖反應」(Polymerase Chain Reaction, 簡稱 PCR)的方法大幅縮短合成 DNA 所需的時間,還能做到自動化,從此即使只有一點點 DNA 樣本,也能輕易大量複製以供各種實驗,從生物學、醫學、藥物研發、遺傳學,人類學到犯罪學都因此受益而突飛猛進。紐約時報如此比喻它的重要性:「生物學從此分為前 PCR 時期與後 PCR 時期。」穆利斯也因此獲得 1993 年的諾貝爾化學獎。

如果是電影,此時應該就打上 “The End”;不過若是傳記電影,通常還會在片尾打出字卡,交代主角後來如何。那麼穆利斯後來呢?呃──我只能說他越來越不像科學家。他不相信愛滋病與 HIV 病毒有關、不相信臭氧層破洞與氣候變遷,他認為這些都是環保份子、科學家與政府機構為了自身利益編出來的謊言。但他倒是相信占星學、相信迷幻藥令他心智大開,甚至宣稱他曾在那間林中小屋遇見外星生物。

另一方面,這也不是有著快樂結局的愛情電影。見證他靈光一閃的歷史時刻的女友珍妮佛在當年年底就離開他了。他想必受傷很深,才會在十年後的諾貝爾獎頒獎典禮上致辭時,最後幾分鐘都在回憶當時失去她的痛苦,「PCR 時代將臨的甜美氣息也無法取代珍妮。我那時非常寂寞。」這是他最後的結語。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

 

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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