接著上期,我們繼續(xù)回到故事里面。
關(guān)于Mullis發(fā)現(xiàn)PCR的過程,比較公認的版本是,有一天他駕車開過蜿蜒山路的時候,開始琢磨他的檢測單堿基突變的方法。這一次他想到的點子是,既然結(jié)合一條引物是可行的,為什么不試試看同時結(jié)合兩條引物呢。于是Mullis開始在腦海里模擬這個實驗:設(shè)計兩條引物,分別結(jié)合在DNA的正義鏈和反義鏈上,且這兩條引物的3’端均位于待測堿基的上游1個堿基的位置。這樣,當(dāng)進行Oligomer Restriction檢驗的時候,兩條鏈上都會延伸結(jié)合上相應(yīng)的ddNTP。只需要在原先設(shè)計引物的時候?qū)蓚引物的長度設(shè)計得不一樣,得到的兩個產(chǎn)物就能夠在DNA膠上被區(qū)分開來。這樣,一次檢測就能同時得到兩個結(jié)果,這兩個結(jié)果可以互為對照組,如果兩條鏈的結(jié)果得到的堿基可以互相配對成功,那么證明實驗體系沒有問題,結(jié)果可信;反之,如果兩條鏈結(jié)果不一致,那么很有可能是實驗過程中出現(xiàn)了問題。
Mullis開始模擬實驗:如果混入了dNTP,那么聚合酶在延伸DNA鏈時則會有時用dNTP有時用ddNTP,使得ddNTP結(jié)合的位置就變得不確定,通過他的對照組的設(shè)計就能夠檢測出來,該組實驗結(jié)果不能采信。很好,對照組的效果不錯。那么,有沒有什么辦法可以避免dNTP的混入呢?比如用堿性磷酸酶(BAP,Bacteria Alkaline Phosphate)呢?用BAP除去原有混合物里面的磷酸基團,隨后再加入ddNTP開始反應(yīng),這樣應(yīng)該不錯。不過得想個辦法在加入ddNTP之前除去BAP的活性。
由于一時想不到好的解決辦法,于是Mullis便開始想,那么就先這樣吧,讓那些混入的dNTP先留 在反應(yīng)體系里面,看看會發(fā)生什么事。于是,在那條漫長的公路上,他又開始繼續(xù)他的思維模擬實驗。這一次,他碰到了真理——PCR。當(dāng)Mullis繼續(xù)想著他的模擬實驗的時候,他距離真理已經(jīng)越來越近了。如果原先的反應(yīng)體系里面混有dNTP,那么不妨先加入DNA聚合酶讓反應(yīng)發(fā)生,這時dNTP就會被作為原料完成DNA復(fù)制的反應(yīng);而此時只需要加熱使DNA雙鏈變性,再冷卻復(fù)性時由于引物的量很多,因此原來的DNA鏈與引物結(jié)合的可能性最大,這樣就達到了去除dNTP的目的。但是,如果dNTP的量比較多,延伸得比較長,使得變性復(fù)性之后,新合成的鏈與下游的反向引物結(jié)合了呢?
EUREKA(找到了)!這樣也沒有關(guān)系,不就是模板鏈加倍了嗎!單堿基突變檢測照常進行!那么我可以有意多加引物保證模板鏈復(fù)制以提高效率!如果像這樣一遍一遍重復(fù),那么模板DNA就可以不斷復(fù)制擴增了!單堿基檢測的效率就大大提高了!
于是Mullis開始給Cetus其他的科學(xué)家們講他的想法,但是除了他的女友Jennifer以及為數(shù)不多的幾個技術(shù)員之外,其余的人都對他的想法并不感興趣。不過同時,他的同事們也并不能從他的設(shè)計里面挑出任何漏洞。也就意味著,很有可能方案可行。
接下來就是實驗驗證了,在實驗中他也經(jīng)歷了一些挫折。終于在1984年Mullis和Cetus公司對于PCR技術(shù)申請了技術(shù)專利,并且撰寫了文章發(fā)表。由公司撰寫的關(guān)于PCR技術(shù)應(yīng)用的文章很快在Science上刊發(fā),但是由于種種原因,Mullis撰寫的PCR原理的文章先后被nature和Science拒絕,最后只能發(fā)表在不知名的Methods of Enzymology (《酶學(xué)方法》)雜志上(真是天大的遺憾啊,估計此時nature和Science腸子都悔青了。
寫到最后,回顧PCR發(fā)明的科學(xué)歷程,還是非常有趣的。通常我們研究一個科學(xué)問題的思路,是提出一個重大的科學(xué)問題(Question),找到一個適合的研究體系(System),并借助于相關(guān)的技術(shù)(Technique)進行實驗探索與猜想驗證。如果不是這個思維極度發(fā)散,同時又善于抓住重要問題的“科學(xué)怪才”,即便是好點子送上們來也只怕會擦肩而過了。