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PCR moment:专属于微生物的浪漫派对

2020-09-27 17:36

一个至今未能详知的自然过程,大约发生在 39 亿年前。

从无机物到有机小分子,再从有机小分子到有机大分子,生物的大分子最终演化成了原始单细胞——所谓生命的起源,随着时间的推进,生命的种类逐渐变得丰富多彩。

微生物是存在于自然界的一大群体型微小、结构简单、肉眼直接看不见,必须借助显微镜放大才能观察到的微小生物。

它们在自然界的分布极为广泛,江河、湖泊、海洋、土壤、矿层、空气等都有数量不等、种类不一的微生物存在。

 

01

微生物与人类的关系

相互依赖

却又相互伤害

——

没有微生物,物质就不能运转和循环,植物也不能进行代谢,人类和动物也将难以生存。

绝大多数微生物对人类和动、植物都是有益的,而且有些是必需的,只有少数微生物会引起人类和动、植物的病害,这些微生物被称为病原微生物。

有些微生物,在正常情况下不致病,只是在特定情况下导致疾病,这类微生物称为机会致病性微生物。




由于微生物不可通过肉眼直接进行观察,故而人类对于微生物的探索,得益于各大化学、生物化学与分子生物学、遗传学、细胞生物学、免疫学等学科的发展,也得益于电子显微镜技术、分子生物学技术、色谱分析技术等新技术的建立和改进。

 

02

传奇的 PCR 诞生史

灵光一闪 

解决了 DNA 化学中最令人头疼的问题

——

生长在美国嬉皮士文化盛行年代的生物化学博士凯利·穆利斯,从伯克利开车去门多西诺的途中,在一条黑暗的路上,暌违多年的灵感女神光顾了他:他脑海中浮现出 DNA 双链的结构,以及让 DNA 片段不断自我复制的方法。

后人常将这个时刻喻为「灵光一闪解决了 DNA 化学中最令人头疼的问题」——PCR 技术的诞生。

1984 年 11 月,他成功完成了第一次 PCR 实验,虽然他对一个 49bp 的 DNA 片段成功进行了 10 个 PCR 循环的复制扩增,但这其中的艰辛远超想象。

第一次 PCR 实验中,穆利斯使用的 DNA 聚合酶是大肠杆菌 DNA 聚合酶,这种酶跟多数酶类一样,在高温状态下会失活。

传奇的诞生地让 PCR 技术饱含神秘色彩,第一次实验的艰难成功让穆利斯意识到,还差一个关键的转折点。

 

03

「五彩缤纷」的灵感之光

蓝、绿、黄、橙、橘、红等各种颜色

成了启发穆利斯的灵感之光

——

美国黄石国家公园的大棱镜温泉(又名大虹彩温泉)是美国最大、世界第三大的温泉。

此温泉的特异之处是,从里至外依次为蓝、绿、黄、橙、橘、红等各种颜色,像棱镜折射出来的太阳光一样五彩缤纷。

原来温泉里生活着大量的嗜热菌,它们在 85℃ 以上的高温环境也能生存,而且体内富含色素,使温泉呈现出各种颜色。

1973 年,科学家钱嘉韵赴美留学,她在读研期间曾从大棱镜温泉的嗜热菌中提取到耐高温的 DNA 聚合酶,但当时 PCR 技术尚未发明,她在发了篇研究论文之后便被束之高阁了。

这篇多年无人问津的论文,成了启发穆利斯的灵感之光。

PCR 技术在耐高温 DNA 聚合酶的加持下,最终获得了巨大成功。

 

04

PCR——专属于微生物的浪漫派对

变性、退火、延伸的循环往复

肉眼无法感知的浪漫派对

——

dNTPs mix、Mg2+、Taq DNA 聚合酶、蒸馏水、引物(一种或几种)、模板 DNA、染料/探针,以恰到好处的数量如约出席,佐以温度的循环更替(95℃-55℃-72℃),模板DNA以指数级进行快速扩增,染料/探针的加持给派对增加了别样的荧光色彩。

「Hi,我的荧光眼镜好不好看!」——病原微生物/机会致病性微生物用这样的方式告诉人类它的存在。
 

05

我司 EPIA 技术——随时随地放肆嗨

新伙伴的加入

让派对不再受温度限制

——

传统技术中,95℃-55℃-72℃ 的温度变化需要依靠荧光定量 PCR 仪器实现,如果温度不变化,派对能否继续?

宏微特斯经多年研发,发明了酶切探针等温扩增技术(EPIA),自主研发的耐热内切酶让检测的温度不再受限,更有与之搭档的 Easy Amp 系列设备,为微生物们提供了派对新场地,简单的三步操作法让核酸分子们随时随地放肆嗨!

 

「Hi,我的荧光眼镜好不好看!」

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