聚合酶链式反应(PCR)
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假设你有一句珍贵的句子埋藏在一本厚重的书里,而你需要这唯一一句话的数百万份完全相同的拷贝来研究它。聚合酶链式反应对 DNA 做的正是这件事:从极微量、甚至看不见的某段特定 DNA 序列出发,它能在几个小时内制造出数十亿份拷贝。这台分子复印机,把微乎其微的 DNA 样本变成了多到足以检测和读取的量。
PCR 通过反复进行一个三步的温度循环来工作。第一,把样本加热到接近沸腾,使双链 DNA 分开成两条单链。第二,降温让一种叫做引物的、人工定制的短 DNA 片段,粘附到你想复制的确切位置上,标出目标区域的起点和终点。第三,一种耐热的复制酶——DNA 聚合酶——以每条模板为蓝本,构建出一条全新的互补链。每个循环都使目标拷贝数翻倍,所以约三十个循环之后,单独一个起始分子就变成数亿个——这是指数式增长,正因如此它才被称为链式反应。
PCR 是有史以来最具影响力的实验技术之一,曾赢得诺贝尔奖,并支撑着法医中的 DNA 指纹鉴定、感染诊断(包括新冠病毒检测)、遗传病检测以及几乎所有遗传学研究。它的强大也正是它的危险:由于它的扩增如此凶猛,哪怕单独一个混入的污染 DNA 分子也会被复制数十亿次,从而毁掉结果,所以一丝不苟的洁净和恰当的对照不可或缺。PCR 只复制你的引物所瞄准的那一段特定序列,而不是随机地复制整个基因组。
新冠病毒的 PCR 检测把鼻拭子中病毒遗传物质的一小段扩增数百万倍;如果目标序列存在,它就会增殖到足以被检测出来,从而提示感染。
每个循环使目标翻倍——把单独一个分子变成数十亿份拷贝。
PCR 极端的灵敏度也是它的陷阱:哪怕一个混入的污染 DNA 分子也会同样被扩增数十亿次,所以阳性结果在被采信之前,需要洁净的操作和恰当的对照。