聚合酶链式反应

PCR(聚合酶链式反应)是一种分析DNA(或RNA)短序列的方法，即使是在只含有少量DNA或RNA的样本中。PCR用于复制(扩增)DNA或RNA的选定部分。以前，DNA扩增需要将感兴趣的片段克隆到细菌中表达的载体上，耗时数周。但现在，通过在试管中进行PCR，只需要几个小时。聚合酶链反应的效率很高，因为可以复制出数不清的DNA。此外，PCR使用的分子与自然界复制DNA所用的分子相同:

• 两个“引物”，即合成的短单链DNA序列，对应DNA的开始和结束，将被复制;
• 一种叫做聚合酶的酶沿着DNA片段移动，读取它的代码并组装一个副本;而且
• 一堆DNA构建块聚合酶需要进行复制。

如在PCR动画图在美国，聚合酶链反应涉及三个主要步骤。这三个步骤要重复30或40个周期。这个循环是在一个自动循环器上完成的，这个装置可以快速加热和冷却含有反应混合物的试管。每一步——变性(结构的改变)、退火(连接)和延伸——都在不同的温度下进行:

1. 变性:在94摄氏度(2012华氏度)，双链DNA融化并打开为两个单链DNA片段。
2. 退火:在中等温度下，大约54摄氏度(129.2华氏度)，引物与单链“模板”配对(退火)(模板是要复制的DNA序列)。在小双链DNA的长度(与引物和模板),聚合酶高度并开始复制模板。
3. 扩展:在72摄氏度(161.6华氏度)下，聚合酶工作得最好，与模板互补的DNA构建块与引物耦合，形成双链DNA分子。

在一个循环中，一个单段的双链DNA模板被扩增成两个独立的双链DNA片段。这两个片段可以在下一个循环中进行放大。随着循环的重复，生成的副本越来越多，模板的副本数量呈指数增长。

要进行聚合酶链反应，人们希望复制的原始DNA不必是纯的或丰富的。它可以是纯的，但也可以是混合材料的一小部分。因此，PCR已经被发现广泛和无数的用途-诊断遗传疾病，做DNA指纹，发现细菌和病毒、研究人类进化、克隆埃及木乃伊的DNA、建立父系关系或生物学关系等。因此，PCR已经成为生物学家、DNA取证实验室和许多其他研究遗传物质的实验室的必备工具。

PCR是由Kary Mullis发明的。1983年Mullis想出PCR的时候，他正在加利福尼亚的Emeryville为Cetus工作，这是最早的生物技术公司之一。在那里，他负责为其他科学家制作DNA短链。穆里斯曾写道，他是在一天晚上骑着摩托车沿着太平洋海岸128号高速公路行驶时想到聚合酶链反应的。他正在琢磨一种分析DNA变化(突变)的新方法，突然意识到他发明了一种放大任何DNA区域的方法。穆里斯说，在他的摩托车之旅结束之前，他已经在享受获得诺贝尔奖的前景。1993年，他与迈克尔·史密斯共同获得诺贝尔化学奖。

正如穆里斯在《科学美国人》杂志上所写的那样:“从遗传物质DNA的一个分子开始，聚合酶链反应可以在一个下午产生1000亿个类似的分子。反应很容易进行。它只需要一根试管，一些简单的试剂和一个热源。”

RT-PCR(逆转录聚合酶链式反应)是一种检测和定量信使RNA的高灵敏度技术。该技术包括两部分:

• 利用逆转录技术从RNA中合成互补DNA
• 用聚合酶链反应(PCR)对特定的cDNA进行扩增。

RT-PCR被用来测定病毒载量艾滋病毒也可用于其他RNA病毒，如麻疹而且流行性腮腺炎．

前特约作者和编辑:
医学作者:Frederick Hecht，医学博士，FAAP, FACMG
医学编辑:Leslie J. Schoenfield，医学博士，博士。