PCR

基因掃描與DNA檢測(Genetic Screening and DNA Test)

基因掃描與DNA檢測(Genetic Screening and DNA Test)
臺北市立松山高級中學生物科莊雪芳老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

一種生物的基因體(genome)是指該生物染色體上所有的遺傳物質,其大小常採用鹼基對的數目來表示。蛋白質體(proteome)則是指一個基因體的全部蛋白質產物及其表現情況。許多基因經過轉錄和轉譯作用後,產生的蛋白質不只一種,其原因主要有兩點:一是單一基因在轉錄成mRNA時發生選擇性剪接,導致有不同的外顯子組合,因而產生不同的蛋白質。另一是轉譯後的蛋白質經修飾,使得蛋白質有更多不同的結構和功能,故蛋白質體比基因體要複雜多了。此外,人類基因體的 30 億個鹼基中,大約每個 100 到 300 個鹼基就可能出現一處單一核苷酸(A、T、C、G)發生變異,因而使得 DNA 序列也隨之改變,稱為單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism,SNP)。因此,個體間 DNA 的構造雖然非常相似,但微觀下其差異卻非常大,導致了個體間顯著的差異。人類基因體解碼後,發現不同個體間的序列極為相似,其中僅有 0.1% 的差異,此些微的差異決定了每個人的身高、膚色、體型等各方面的差異,也決定了我們的體質是否容易罹患某些疾病等不同特點。

聚合酶連鎖反應(PCR)的發明-上

聚合酶連鎖反應(PCR)的發明-上
國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

聚合酶連鎖反應 (Polymerase chain reaction, PCR) 是當代一項重要的生物技術,可以將單一或少許的DNA片段,經由一系列的溫度變化處理使其不斷地複製,最後得到大量且相同的DNA片段。加理‧莫理斯 (Kary B. Mullis) 是這項技術的發明者。

1983年時,他在加州的Cetus生物科技公司負責短片段DNA的合成。當時要做DNA相關研究時,常常會面臨到DNA樣本數不夠的問題,如此一來就必須花費時間重新萃取DNA,甚至可能因生物樣本數不足,而無法繼續實驗。

莫理斯表示,在某個夜晚,當他開車行駛在太平洋海岸公路(Pacific Coast Highway)上時,思考著如何複製DNA,突然靈機一動:原有的少許DNA片段,經由重複升溫、降溫簡單的步驟,就能使DNA片段從一條變兩條,兩條變四條,四條變八條,以此類推。如此一來,只需一個下午的時間,就能在一個小小的試管內,製造出100億個相似的DNA片段!一開始莫理斯認為這麼簡單的方法可能早就有人想出來了,但回到實驗室查閱文獻之後,才發現並沒有人做過類似的實驗。

隨後,他嘗試一連串的實驗,終於讓這個複製DNA的想法成為可能!莫理斯將這項發明發表在著名的《科學》(Science)  期刊上。論文發表後,PCR技術開始受到各界的關注,並且經過不斷改進,廣泛應用在生物科技與醫學研究上。而這項簡單又偉大的發明,也讓莫理斯獲頒1993年的諾貝爾化學獎。