簡介

聚合酶鏈式反應（PCR）是一種用于放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術，它可看作是生物體外的特殊DNA復制，PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加。PCR的發明者凱利·穆利斯（Kary.B.Mullis）于1993年與邁克爾·史密斯分享了諾貝爾化學獎。

PCR反應過程

聚合酶鏈反應是在一個反應混合物中進行的，該反應混合物包括DNA提取(模板DNA)、Taq聚合酶、引物，以及在緩沖溶液中過量的四種脫氧核糖核酸苷三磷酸鹽(dNTPs)。PCR的三步驟為變性---退火---延伸。

①模板DNA的變性：模板DNA經加熱至94℃左右一定時間后，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應做準備；

②模板DNA與引物的退火(復性)：模板DNA經加熱變性成單鏈后，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合；

③引物的延伸：DNA模板--引物結合物在Taq酶的作用下，以dNTP為反應原料，靶序列為模板，按堿基配對與半保留復制原理，合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈。

重復循環變性--退火--延伸三過程，就可獲得更多的“半保留復制鏈”，而且這種新鏈又可成為下次循環的模板。每完成一個循環需2～4分鐘， 2～3小時就能將待擴目的基因擴增放大幾百萬倍。

臨床應用

PCR在醫學檢驗學中最有價值的應用領域就是對感染性疾病的診斷。理論上，只要樣本有一個病原體存在，PCR就可以檢測到。一般實驗室也能檢出10~100基因拷貝，而目前病原體抗原檢測方法一般需要10⁵-⁷個病原體才可檢測到。PCR對病原體的檢測解決了免疫學檢測的“窗口期”問題，可判斷疾病是否處于隱性或亞臨床狀態。此次武漢新型肺炎中“核酸檢測”所使用到的就是基于PCR法的實時熒光定量PCR（real-time PCR）技術。

在許多腫瘤早期和良性的階段，癌基因的表達改變以及突變就已經出現，PCR技術不但能有效的檢測基因的突變，而且能準確檢測癌基因的表達量，可據此進行腫瘤早期診斷、分型、分期和預后判斷。而在腫瘤的個體化用藥中，《個體化醫學檢測質量保證指南》中提到的幾大類檢測方法中，如Sanger測序法、焦磷酸測序法、NGS、ARMS-PCR法、HRM法，數字PCR法，熒光定量PCR法都是基于PCR法發展的新型技術。

在遺傳病方面，PCR技術的臨床應用就是從檢測鐮狀細胞和β-地中海貧血的基因突變開始的。

PCR是一種現在在細胞和分子生物學中使用普遍的技術。它允許，特別是在幾個小時內，通過自動化系統“非細胞克隆”DNA片段，這通常需要幾天的標準技術的分子克隆。另一方面，PCR被廣泛用于診斷目的，以檢測特定的DNA序列的存在這個或那個生物體在生物液體。它還被用來制作遺傳指紋，無論是在司法調查中對一個人的遺傳鑒定，還是對動物品種、植物或微生物進行食品質量檢測、診斷或品種選擇的鑒定。PCR仍然是進行測序或定點突變所必需的。另外還有一些關于PCR技術改良的報道例如金屬有機框架輔助的高效聚合酶鏈式反應。

PCR變體

最后簡單介紹一下PCR的變體，如real-time PCR, competitive PCR, PCR in - situ, RT-PCR等。

遞減PCR（touchdown PCR）：前幾循環溫度逐漸下降。

逆轉錄PCR（RT-PCR）：以由mRNA逆轉錄而來的cDNA為模板，也因為是從表現型基因來進行增量的，由此產生出來的cDNA產物不帶有內含子（基因中不具意義的段落），常應用于分子克隆技術。

熱啟動PCR（hot start PCR）：以高熱激活型核酸聚合酶進行反應，減少非專一性產物。

實時熒光定量PCR（real-time PCR）：PCR過程中利用螢光探針或染料定量檢測，又稱定量PCR（quantitative PCR），可以進行多組對比。此次武漢新型肺炎中“核酸檢測”所使用到的關鍵技術

巢式PCR（nested PCR）：先用低特異性引物擴增幾個循環以增加模板數量，再用高特異性引物擴增。

多重PCR（multiplex PCR）：在同一個管中使用多組引物。

復原條件PCR（reconditioning PCR）：PCR產物稀釋10倍后重新放入原濃度的引物和dNTP等循環3次，以消除產物中的異二聚體。

dsRNA合成（dsRNA replicator）：合并使用high-fidelity DNA polymersae、T7RNA聚合酶與Phi6 RNA replicase；從雙股DNA轉錄為對應的雙股RNA（dsRNA）。可應用于RNAi實驗操作。

COLD-PCR(co-amplification at lower denaturation temperature-PCR):用以檢測突變或特殊等位基因的PCR應用技術。

Digital-PCR：將標準的PCR反應分割至每一個反應中僅1~2個copy。藉以偵測微小比例的基因差異。應用于：病原體檢測、癌癥突變基因、借由母血對胎兒做產前檢測。

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