PCR之父穆利斯

作者:yunmu  于 2019-12-22 20:05 发表于 最热闹的华人社交网络--贝壳村

通用分类:文史杂谈|已有2评论

PCR之父穆利斯

在今年逝世的著名科学家中,有一位是PCR的发明人美国科学家穆利斯Kary Mullis。他被认为是有史以来最为古怪的诺贝尔奖得主。

PCR (聚合酶链反应) 是在生物体外进行扩增特定DNA片段的技术. 它的问世大大加快了分子生物学的研究步伐, 同时开创了分子生物学走向实用的新天地, 今天, 这种方法还广泛应用于生物化学,遗传学,医学,法医学和考古学。

PCR可以在免疫系统产生任何抗体之前发现潜伏在细胞中的HIV病毒。它可以从留在犯罪现场的微量DNA分子识别犯罪分子。无论是体液中含量极低的微生物,还是远古化石中的生物残骸。不管是凶杀现场发现的头发血迹,还是交通事故所余下的生物组织,只要能从中分离出微量的特定DNA,就能用PCR加以放大,进行对照判断。

Mullis1944年出生于北卡罗来纳州,双亲以务农为生,Mullis说过,小时候,他对观察农村的生物很感兴趣。他在南卡罗来纳州哥伦比亚市长大,然后到佐治亚理工学院读大学. 获得化学学士学位后, 又到加州大学伯克利分校读专注于细菌铁转运蛋白分子合成的生物化学博士,并于1973毕业。毕业后经过6年的博士后,才进了一家名叫Cetus的生物公司谋生。  

在改变了世界的一个星期五晚上,那是1983年的春天,39岁的 Mullis开着本田小车,带着同为Cetus化学家的女友前往乡间的小屋度周末。此时他与该女友的关系已经破裂了, 她不和他说话, 只在车上闭目养神。

 Mullis知道此段爱情已经无力回天,就努力把注意力引向车外。虽然已是春暖花开,但是车外一团漆黑,蜿蜒曲折的高速公路就像分离了的两条DNA链,行驶汽车的灯光似乎引领着它们在不断地复制。一段DNA反反复复地复制的景象,在他的脑海里冒了出来。他想出一种方法可以把双链DNA加热分离成为两条单链,然后几乎无限次地复制它。

当时复制DNA的实验过程费时费力,常常需要一周时间,缓慢且容易出错。 显而易见,如果他的想法能够得以实现,这是飞跃性的进步。Mullis后来写道,该技术公开后,一些分子生物学领域最优秀的人才疑惑地说:“这个过程很简单。为什么我没有想到?”。是的,这个过程并不复杂:将要复制的DNA链通过加热分离。然后用引物标记它们,该引物发信号通知DNA聚合酶开始复制。然后该过程循环重复地进行。

但是Mullis仍然让该构想在脑子里飞了一段时间,几个月后才向领导和同事说出他的想法, 在领导支持下开展了实验。开始,他尝试了不同的升温降温,结果都是不尽人意。而Mullis又是个天生的情种,此时在男女关系上处理的不是很好,受到了批评。然而公司上层富有远见,不但让他集中精力探索PCR的方法,而且还先后派了几个分子生物学出身的得力员工来帮助他攻关, 这弥补了他该方面的不足

这些员工对PCR的开发, 尤其是在分子生物学细节的动手能力方面, 确实帮了Mullis的大忙。特别是亚裔科学家 Saiki,技术一流,不怕繁杂,对每一个环节都精益求精,把可能的污染减少到最低程度,他做出来的结果比较干净靓丽,让专家们眼前一亮。

PCR的过程中,需要反复加热分离和降温,因为通常使用的大肠杆菌DNA聚合酶承受不了分离DNA链所需的高温,所以每次冷热循环后,都要 加入新的聚合酶,让人不胜其繁, 大大增加了该技术的成本。1986年,Mullis提出要使用耐高温酶来解决这个问题,并找到了文献。

最早的一篇文献是以华裔Alice Chien为第一作者的。去过黄石公园的人都知道那里有热泉,一般细菌遇热就死翘翘了,但是,嗜热菌却能够生活在热泉中。Chien在该菌中成功地分离出耐高温的聚合酶, 并写成论文发表于1976年的Journal of Bacteriology上。

后来,Cetus公司的员工按照Chien在论文中描述的方法照样画葫芦,纯化出耐高温的聚合酶。Saiki把它代替过去的普通聚合酶用于PCR,收效甚佳。该酶不但耐得住反复加热时的高温,只需将其添加到反应中一次即可; 而且其特异性和生物活性都特别高,多次复制后也没有明显的杂带。从那时起,PCR开始走向实用舞台,在多个领域大显神通。

其实,Mullis的成功更多来自PCR的实效,而在学术发表上碰到了钉子。  他写的有关PCR的论文先后投给了NatureScience,结果都被拒绝了。最后该文才于1987年落户于影响因子只有2左右的Methods of Enzymology。现在,估计该期刊的编辑都在内心里感激Mullis把那么好的文章投给他们。

Mullis是个性情中人。虽然他已经结过数次婚,但他在诺贝尔奖演讲中悲惜地说,尽管PCR成功了, 但是这并不能弥补他那个女友与他分手所带来的遗憾.  他被描述为不耐烦的和冲动的研究人员. 他认为常规实验室工作很无聊,在开车和冲浪时考虑自己的研究更有激情。在做博士后期间,他还去开过一家面包店。

Mullis是一位具有无限好奇心的科学家,他写过科幻小说,他以原始科学思想的运作方式,充满激情和幽默谈论过许多主题:从全球变暖到OJ Simpson的审讯,从有毒蜘蛛到HIV,从科学方法到占星术。

他也许是唯一一位自述与外星人相遇过的诺贝尔奖获得者。他质疑HIV病毒感染真的会引起艾滋病,并认为目前并无足够的科学根据证明这两者的因果关系。 但是,如果著名科学家走出了他所精通的领域,常常与普遍人无异。但让我们永远记住他给人类进步做出的贡献。

 主要参考资料

 Mullis KB, Faloona FA. Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods Enzymol. 1987;155:335-50

 https://classic.esquire.com/article/1994/7/1/is-kary-mullis-god-or-just-the-big-kahuna

https://www.penguinrandomhouse.com/books/118542/dancing-naked-in-the-mind-field-by-kary-mullis/

https://en.wikipedia.org/wiki/Kary_Mullis

Chien A, Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus. J Bacteriol. 1976;127(3):1550-7.. 



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发表评论 评论 (2 个评论)

3 回复 fanlaifuqu 2019-12-23 08:56
PCR 的确是非常划时代的实用技术,当然理论也高端。我当年特地去哈佛学,带回单位用!
4 回复 yunmu 2019-12-23 11:44
fanlaifuqu: PCR 的确是非常划时代的实用技术,当然理论也高端。我当年特地去哈佛学,带回单位用!
是的. 谢谢分子生物学专家留言

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