作为一个生物狗，最近在摸鱼的时候突然发现 “PCR”这三个对我来说充满了不太美好回忆的字母像病毒一样在各个群里传播。一瞬间我错以为，生物学出圈了，21世纪真的是生物的世纪了。然而打开一看，什么嘛，原来是公主链接（Princess connect Re；Dive）啊。
也许，这个PCR大家都很熟悉，但是我们生物圈内的PCR，多数人一定很陌生。
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）是目前生物研究中非常常用的一种技术。它的目的是获得大量的目标DNA片段。就好像我们本来需要抓一条鱼缸里的孔雀鱼做研究，本来鱼很小不好抓，我们通过PCR把要研究的鱼复制了一鱼缸，这样就很容易抓到了。当然，为了做到这一点可不容易。
图1 为什么我们需要PCR技术
在自然界中DNA复制时所遵循的原则是半保留复制。双链DNA在酶的作用下解旋、解链成单链，在DNA聚合酶与启动子的参与下，每一条单链根据碱基互补配对原则复制成两条与原始DNA同样的双链。PCR技术就是在体外重现这种自然复制过程。DNA在高温时氢键打开，也会发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，并设计引物做启动子，加入DNA聚合酶、dNTP就能做到目标基因的体外复制。
PCR由三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至90~95℃一定时间后，模板DNA双链发生解离，成为单链，以便于随后引物和DNA结合，进行复制；②模板DNA与引物的退火（复性）：在模板DNA变性充分后，温度降至50~60℃，此时引物会和模板DNA单链发生碱基互补配对结合，形成DNA模板--引物结合物；③引物的延伸：DNA模板--引物结合物在DNA聚合酶的作用下，于70~75℃，以dNTP为反应原料，根据模板DNA序列，按碱基互补配对原理，合成一条与模板DNA链互补的半保留复制链。这样复制出的双链DNA与我们的模板DNA碱基组成一致。
图2 PCR的反应步骤
至此，一次完整的复制就结束了，只要重复循环变性--退火--延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这些新合成的DNA链又可作为下一个循环所使用的的模板。每完成一个循环就是目标DNA的指数性增长，而时间仅需要2～4分钟，只要2～3小时就能将目的基因扩增放大几百万倍，这使得对目标基因的检测灵敏度非常高。当复制了足够浓度的目标DNA之后，只需要用凝胶电泳，就可以得到我们所需要的DNA了。
图3 白色条带为DNA片段
然而大部分酶本质都是蛋白质，在高温时会失活变性，因此技术发展在早期，每次循环都得加入新的DNA聚合酶，不仅实验操作繁琐，更主要的是这些酶的价格昂贵，使这项技术难以推广，只是个中看不中用的花架子。当20世纪80年代时Saiki等人从黄石公园的温泉中发现了一种新的水生嗜热杆菌，在它的体内提取到一种耐热的DNA聚合酶--Taq酶，这种酶可以耐受90℃以上的高温而不失活变性，从此以后再也不需要每个循环重新加酶，这使得PCR技术变得方便快捷、同时也大大降低了成本，最终PCR技术得以大量应用，并逐步应用各个领域。
目前PCR技术在多个领域都有使用，比如基因诊断，安吉丽娜朱莉曾经做过乳腺癌基因检测，发现她患病概率很高，随后切除了乳房；微生物检测，对物种特征基因序列进行扩增之后可以区分不同微生物种类；同时在基因工程等方面也有所应用。在这次疫情期间，最早就是使用了PCR技术，帮助医务工作者快速鉴定了物种序列，通过测序开展了后续的研究，同时在疫情早期，也是通过PCR的方式来进行核酸检测确认患者。这项技术，改变了我们对生命科学的研究方式，极大的加速了我们对生命本质的研究。正如《纽约时报》所评论的：“PCR技术作为分水岭，将生物学划分为了两个时代，那就是：前PCR时代和后PCR时代。”
引用资料
PCR技术应用举例及发展前景 俞璐云 浙江科技学院 农业经济与科技 2018年14期
图片来源
图2 网络来源
http://www.360doc.com/content/19/0202/23/52645714_812792175.shtml
图1.3 自己画的
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