因发明“聚合酶链式反应”法而荣获1993年诺贝尔化学奖
1993年10月11日,瑞典皇家科学院决定将1993年诺贝尔化学奖授予美国科学家穆利斯和加拿大科学家史密斯,以表彰他们分别发明的“聚合酶链式反应”法和“寡聚核苷酸基定点诱变”法对现代生物化学和基因工程的贡献。
穆利斯(美国,1944~),化学家,1944年生于美国北卡罗莱纳州莱洛伊尔。1966年获乔治亚工学院学士学位,1973年获加利福尼亚大学伯克利分校哲学博士学位。20世纪50年代,霍拉纳博士合成了寡聚核苷酸;同时,他利用合成的寡聚核苷酸、DNA合成酶以及DNA,开发出了DNA扩增方法。该方法简单易行,因此被研究人员广泛使用,包括当时还在校园内进行基础研究的穆利斯。谁也没有想到要改变,但霍拉纳方法一次仅可使DNA扩增1倍,若无法满足需要,则需对扩增后的DNA进行热处理,拆开DNA的双螺旋链;由于热处理后酶会失去活性,因此还要添加新的酶使其反应,使DNA再扩增1倍。
如果扩增前的DNA量极少,而需求量又很大,霍拉纳方法就极为不便。此时已在塞托斯(Cetus)公司任职的穆利斯也遇到了同样的问题,并对此产生了思考:霍拉纳方法的缺点就是在热处理后需要加酶,且扩增的数量太少,何不使用一种耐热的酶,使实验反复进行,问题不就解决了吗?
1985年,穆利斯发明聚合酶链式反应(Polymerase Chaim Reaction,简称PCR,又称“基因放大”法)。首先,根据待扩DNA片段两端的核苷酸序列,用化学方法合成两个不同的寡聚核苷酸,它们分别与DNA的两条链互补。再将过量的化学合成引物与四种脱氧核糖核酸(dNTP)、DNA聚合酶以及含有待扩增片段的DNA分子混合,经过高温变性(使DNA双链解开)、低温退火(使引物与模板附着)和中温延伸(合成新的DNA片断)三个阶段多次循环。由于新合成的DNA链也能够作为模板,可以使模板DNA的信息以几何级数扩增。一般经过30至35次扩增循环,每一个循环只需要3至10分钟,就可以得到足够数目的DNA片段,使基因放大了数万倍。这是一项用于扩增DNA的技术,反应两小时可使目标DNA扩增106至107倍。
PCR法操作简便,初学者略加培训,即可在两周左右完成一些常规的基因扩增实验。PCR创建后,迅速在医学临床、法医鉴定、古生物基因分析和生物工程等方面广泛应用。由于穆利斯发明了上述新的生物学研究方法,对生物学的发展作出了突出贡献,而荣获1993年诺贝尔化学奖。此外,他还获得了日本颁发的45万美元奖金。PCR从20世纪80年代末开始用来扩增特定的DNA片段,它必将是21世纪遗传工程的研究热点。