PCR的起源

　　聚合酶链式反应（英文：Polymerase chain reaction，缩写：PCR，又称多聚酶链式反应），是一项利用 DNA 双链复制的原理，在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。这项技术可在短时间内大量扩增目的基因，而不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物体。

　　诺贝尔化学奖得主凯利·穆利斯（Kary Mullis）于1983年开发出了聚合酶链式反应技术（PCR），它是一种简单，廉价和可靠的复制 DNA 片段的方法，适用于现代生物学和相关科学的许多领域。PCR 可能是分子生物学中使用最广泛的技术。这种技术也被用于生物医学研究，犯罪取证和分子考古学。

　　穆利斯的想法是，通过一种人工、和反复相同程序的方式，并利用一种特殊的酶——即 DNA 聚合酶来扩增特定的 DNA 片段。DNA 聚合酶天然存在于生物体内，在细胞分裂前进行 DNA 的复制。当 DNA 开始复制时，解旋酶将双链的 DNA 分开成两个单链。DNA 聚合酶便结合在两条 DNA 单链上，生成互补链。

　　在穆利斯最初的聚合酶链式反应中，DNA 聚合酶被用于体外试验。但是，他没有采用正常细胞常温解旋的方法，而是把双链 DNA 加热到 96°C，使得双链分离成为两条单链。但是在这个温度下，DNA 聚合酶会遭到破坏，因此在每个循环的加热步骤后必须补充新的聚合酶。穆利斯的原始聚合酶链式反应效率极低，不仅需要大量时间和 DNA 聚合酶，并且整个聚合酶链式反应都需要人照看。

　　后来，嗜热细菌水生栖热菌（Thermus aquaticus）体内产生的 DNA 聚合酶改善了这种低效的聚合酶链式反应。由于生活在温度在50至80°C（122至176 °F）的间歇泉中，嗜热细菌的 DNA 聚合酶具有耐热性。在被用于聚合酶链式反应时，这种 DNA 聚合酶不会被高温破坏，因此不需要不断加入新的聚合酶，聚合酶链式反应由此变得简单并且可以由机器操作。

　　最初的具有耐热性的 DNA 聚合酶来自于水生栖热菌（Thermus aquaticus），它是1976年台湾科学家钱嘉韵（Alice Chien）从黄石国家公园发现的，因此被称为 Taq。Taq 酶被广泛用于当前的聚合酶链式反应操作中，Taq 酶的缺点是它缺少3＇→5＇校正外切酶活性，因此在复制 DNA 时有时会出错，造成 DNA 序列突变（错误）。而从古菌中获得的 Pwo 酶及 Pfu 酶均被发现有校正机制，能够大大降低聚合酶链式反应中的突变。将 Taq 与 Pfu 结合使用就可以保证真实准确地扩增 DNA。

　　微生物复制是一个费时耗力的流程，首先要将 DNA 经限制酶剪裁，再利用连接酶（Ligase）加到运载体（Vector）中，之后利用瞬间电击（Electroporation）或是热休克（Heat Shock）的方式，送到大肠杆菌感受态细胞（competent cell）中，将此菌于培养皿中大量繁殖培养，再经过繁复的分离、纯化过程，通常需要近一周才能大量复制片段。而仅需一小时的 PCR 能省去大量时间和繁复的操作，因此聚合酶链式反应技术被广泛地运用在医学和生物学的实验室，例如被用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制，以及亲子鉴定。