資訊中心
作者：香雪生命科學(xué)研究中心-戰凱
發(fā)布時(shí)間：2019-09-24
閱讀：11409
今年8月7日，美國生物化學(xué)家凱利·穆利斯（Kary Banks Mullis）因肺炎去世，享年74歲。或許穆利斯這個(gè)名字并不像牛頓或者愛(ài)因斯坦那樣為人所熟知，但他發(fā)明的PCR技術(shù)，至今在整個(gè)生物學(xué)乃至醫學(xué)領(lǐng)域，都是最普遍最常用的基礎研究手段。
穆利斯于1944年12月生于美國北卡羅萊納州，上世紀70年代，穆利斯在生物技術(shù)公司Cetus任職，并于1983年發(fā)明了PCR技術(shù)。1993年，因為發(fā)明PCR技術(shù)，穆利斯獲得了諾貝爾化學(xué)獎。獲獎后穆利斯曾說(shuō)：“我是在從伯克利開(kāi)車(chē)去門(mén)多西諾的途中想到的這一突破，在一條黑暗的路上，我靈光一閃解決了DNA化學(xué)中最令人頭疼的問(wèn)題。” 可以說(shuō)，沒(méi)有PCR技術(shù)，就沒(méi)有現代分子生物學(xué)，是PCR技術(shù)徹底改變了生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、醫學(xué)、法醫學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展。《紐約時(shí)報》曾評價(jià)穆利斯的成就：“高度創(chuàng )新，非常重要。”那么什么是PCR，它又在現代生物醫學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)怎樣的作用呢？
1、什么是PCR
聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，簡(jiǎn)稱(chēng)PCR）又稱(chēng)無(wú)細胞分子克隆或特異性DNA序列體外引物定向酶促擴增技術(shù)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，PCR就是一種用于放大擴增特定DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，其最基本的特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加以達到可以被檢測的量，所以無(wú)論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是影視劇中經(jīng)常出現的幾十年前兇殺案中兇手所遺留的毛發(fā)、皮膚或血液，只要能分離出一丁點(diǎn)的DNA，就能用PCR加以放大，從而進(jìn)行分析比對。
操作PCR技術(shù)的儀器自1993年至今也已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品：第一代是手動(dòng)/機械手式水浴基因擴增 ，這或許是那個(gè)年代令很多分子生物學(xué)家痛并快樂(lè )著(zhù)的一套設備，因為這階段的PCR反應純粹依賴(lài)人工，沒(méi)有現成的儀器可用，三個(gè)水浴鍋，三個(gè)計時(shí)器，還有不停在三個(gè)鍋間倒換的樣品……不僅勞動(dòng)強度大，還容易因疲勞引起差錯，但在那個(gè)年代，這已經(jīng)是分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的一項革新。第二代則是自動(dòng)化控制型定性基因擴增儀，該儀器實(shí)現了全自動(dòng)化高速準確的溫度控制，滿(mǎn)足PCR反應中變性，退火，延伸這三個(gè)步驟的快速變溫需求，是至今使用最廣泛的DNA擴增儀器，而后面的第三代、第四代都是以第二代擴增儀為基礎，集成了熒光定量檢測的元件，從而實(shí)現擴增過(guò)程的實(shí)時(shí)監控以及DNA拷貝數的計算。
2、PCR技術(shù)在現代生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用
在遺傳病檢測上的應用
人類(lèi)的遺傳病，是指某一基因的堿基序列發(fā)生了突變,使之缺失或形成蛋白的不正常表達,從而引發(fā)機體病變。通過(guò)PCR技術(shù)結合限制片段長(cháng)度多態(tài)性分析( PCR-RFLP),就可以從基因水平對遺傳性疾病進(jìn)行分析。這項技術(shù)目前已廣泛應用于懷孕早期診斷,防止有遺傳性疾病嬰兒出生,有利于優(yōu)生優(yōu)育,提高人口質(zhì)量，例如血友病，唐氏綜合癥，地中海貧血等疾病，目前都可以實(shí)現孕早期的篩查判斷。
在腫瘤治療領(lǐng)域的應用
當今腫瘤治療領(lǐng)域最熱的一詞便是“精準治療”，而PCR技術(shù)的應用，則是精準治療這一理念的基礎。例如使用定量PCR技術(shù)能針對不同腫瘤尋找其特異而敏感的標志物用于早期診斷以及療效評估。眾所周知，卵巢癌是女性死亡率極高的惡性腫瘤，其潛伏期長(cháng)又很難發(fā)覺(jué)，很少有患者能夠在早期病變時(shí)被發(fā)現，大多數的患者診斷時(shí)都已擴散或轉移，所以卵巢癌的早期診斷對于卵巢癌患者的治療具有重要作用，而近些年研究發(fā)現，人附睪蛋白4（HE4）可能是一個(gè)鑒別卵巢良惡性病變的理想標志物，研究人員采用Real-Time PCR技術(shù)進(jìn)行檢測，發(fā)現晚期卵巢癌經(jīng)過(guò)手術(shù)和治療，在復發(fā)前幾個(gè)月HE4便有升高跡象，這提示HE4或許可用于檢測卵巢癌復發(fā)。類(lèi)似HE4這樣的例子不勝枚舉，HER2，KARS，AFP等代表性的腫瘤標志物或突變基因，正在當今腫瘤治療領(lǐng)域越來(lái)越多的受到關(guān)注。
在基因分型中的應用
基于PCR技術(shù)衍生出的PCR-SSOP (PCR- sequence specific oligonucleotide polymorphism)，已廣泛應用于人類(lèi)白細胞抗原( human leukocyte antigen,HLA)的分型檢測。最現實(shí)的例子便是骨髓或器官移植,而在移植前首先必須進(jìn)行組織配型工作，這其中至關(guān)重要的一環(huán)就是HLA分型的配對。如果捐受雙方的遺傳基因型相符合（尤其是HLA），那么接受器官的患者發(fā)生“排斥反應”的概率減小,移植的成功率也相對提高。當然，HLA的分型不僅僅可應用于器官移植，目前國際上備受推崇的腫瘤TCR-T免疫療法，同樣需要HLA分型數據的支持，我們都知道，TCR識別的是HLA-短肽的復合物，而不同的短肽又會(huì )有不同的HLA分型，比如目前國內TCR-T療法的先驅廣東香雪精準醫療有限公司已獲批臨床的產(chǎn)品TAEST16001，其靶點(diǎn)短肽的HLA分型為A0201，這就需要在收治病人時(shí)，通過(guò)上述手段進(jìn)行病人的HLA分型檢測，以此來(lái)判斷該病人是否適合用TAEST16001進(jìn)行救治。
當然，PCR技術(shù)除了在上述幾個(gè)主要領(lǐng)域的應用外，在臨床上還有很多應用，比如檢測病原體,包括患者是否受到某種病原體的感染,食物中各種病原體，病毒，細菌，寄生蟲(chóng)等的含量是否超標等等。
曾經(jīng)有學(xué)者認為，穆利斯的發(fā)明將生物學(xué)劃分為了兩個(gè)時(shí)代：PCR前時(shí)代和PCR后時(shí)代。我們有理由相信，在PCR后時(shí)代，我們可以依靠這項世紀發(fā)明，在生物醫學(xué)領(lǐng)域取得更大的突破！
