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欧洲杯655365点com诺奖得主穆利斯走了,但他的重大发明,竟能帮我们检测烤串

来源:万全财经 时间:08-28 14:21:12浏览4次

诺贝尔奖获得者、美国生物化学家凯利·穆赫利斯不久前去世  。他发明的pcr扩增技术将生物学分为两个时代:前pcr时代和后pcr时代-

卡里·穆赫利斯 ,ted.com

一个声音微弱  ,一万个声音震耳欲聋  。

诺贝尔奖获得者、美国生物化学家凯利·穆赫利斯发明的聚合酶链反应技术使dna携带的生命密码发出震耳欲聋的声音  ,并帮助人们一个接一个地捕捉到它  。

不久前  ,Muhlis的死让人们想起了追寻dna代码的艰难时期 ,pcr技术的发明给了人们一个解密的“利器” 。这就是为什么《纽约时报》评论说  ,这项技术的诞生将生物学分为两个时代:前聚合酶链反应时代和后聚合酶链反应时代  。

资料来源:视觉中国

在去汽车的路上 ,一道道闪光闪过  。

第一个pcr片段是在1983年实现的

“当我走向我的银色公民车时  ,我感到非常虚弱 。弗雷德(穆利斯的助手) ,空试剂瓶和pcr时代的到来无法取代珍妮(穆利斯的女朋友)  。我感到孤独 。”根据记录  ,穆赫利斯在诺贝尔奖获奖网站的演讲中说了这些  。

穆赫利斯的创新灵光出现在半夜开车送女友的路上  。这位具有艺术气质的科学家一定是从他的爱人身上找到了灵感 。他意识到双链dna在高温下纺成单链后  ,所需的靶片段可以用引物指数扩增  ,以模拟体外的互补扩增过程 。n个循环后  ,可以获得2n倍的dna片段用于进一步分析  。

聚合酶链式反应的第一个循环:将两条引物分别与待复制的两条dna链上的特定序列结合  ,然后dna聚合酶开始分别复制

最初的pcr反应系统非常粗糙和低效 ,还有许多地方需要改进  。Xi交通大学教授、天龙科技创始人彭念才表示  ,后来其他科学家从黄石公园的温泉中分离出嗜热菌株  ,发现了耐热的dna聚合酶  ,极大地提高了pcr的实验效率  ,进一步提升了pcr技术的应用和商业价值  。

秒表、水浴锅、篮子...构成最早的pcr操作系统 ,与现代高端pcr仪器大不相同  。“当时 ,根本没有自动操作 。手动操作需要很长时间  。”彭念才说 ,没有用于初始pcr反应的仪器  。用装有pcr样品试管的篮子在不同温度的水浴箱中依次手动进行水浴  。由于整套反应所需的反应体系和温度不同  ,例如  ,高温熔化为95℃  ,引物“粘附”到dna链上为58℃  ,新链延伸为72℃ ,因此每个阶段都需要更换水浴槽来维持化学反应  。

每个水浴箱中样品的恒温时间用秒表计时  ,然后移动  。此外  ,由于样品暴露于电泳  ,很难控制液体污染和移动 。

无论多么粗糙和不精确 ,1983年12月  ,穆赫利斯在同位素标记的10个循环后发现了第一个长度为49bp的pcr片段 。这一“0比1”的突破开创了pcr时代  。

三代人的发展经验

Pcr仪对dna分子的检测是超灵敏的  。

今年3月  ,国家重点研发计划“荧光数字基因扩增单分子检测器”项目召开启动会议 。为了解决我国高端科学仪器仍受国外制约的现状  ,国家重点研发计划设立了重大科学仪器设备开发重点项目  ,从顶层设计层面做好我国仪器工作 ,达到新的水平  ,实现市场竞争力  。

“基于Muhlis发现的第一代pcr仪器只能回答“是”的问题  ,即是否有某一段dna ,但人们仍然想回答有多少个问题  。”彭念才是国家重点研发计划的项目负责人  。他介绍说  ,pcr仪的发展至今已经历了三代  。

第一代pcr仪省去了水浴和人工转移的步骤  ,大大提高了效率  ,只需加入酶、引物、模板、缓冲液等一次即可进行pcr反应 。第二代pcr  ,如实时荧光定量pcr ,不仅回答了是否存在的问题  ,还想回答多少是定量的问题  。因此 ,引入荧光基团和光敏元件  ,根据光强进行实时定量检测和分析  。在第三代数字pcr中  ,反应系统被进一步细分 。理论上  ,每个微反应单元中只有一个单一的脱氧核糖核酸分子可以作为模板进行扩增反应  ,从而实现核酸的超高灵敏度绝对定量检测  ,准确探索生物体中脱氧核糖核酸分子的情况  。

Pcr是在1983年左右发明的  。在穆赫利1993年获得诺贝尔奖之前  ,彭年才在1991年左右开始研制中国自己的pcr仪器  。后续小组一直关注到今天  。在国家重点研发计划数字pcr项目启动会上 ,院士专家还评论说  ,在当前主流的2代pcr核酸检测产品中  ,彭念才团队自主开发的产品已经成为解决方案多样、数据质量高可靠的疾病诊断和检测控制的保障设备 ,也广泛应用于食品安全领域的食源性致病菌检测和生物医学科研  。“中国自己的分子诊断仪器一度因多种原因未被市场接受  ,但为了改变人们对国产仪器不耐用和不准确的印象或偏见  ,有必要依靠独立的研发和技能的提高 。”彭念才说道  。

“2014年西非埃博拉疫情期间 ,在科技部、国家药品监督管理局和中国援外医疗队的帮助下  ,我们完成了对塞拉利昂疫区348例疑似病例的临床研究  ,并检测出166份阳性样本 。”彭念才表示  ,中国的分子诊断仪器正日益出现在国际战场上 。

在第三代pcr仪的竞争中  ,数字pcr仍有许多高技术和困难需要克服  ,中国的创新正在迎头赶上 。科技部国家重点研发计划对项目承担单位提出了要求 。他们不仅要突破有针对性的核心技术  ,形成关键部件和原型  ,而且要先进 ,达到一定的市场份额  ,接受市场检查 。

想吃正宗的烤肉串吗

Pcr可以检测它是羊肉还是鸭肉

“目前  ,还没有成熟的新技术来替代pcr技术  。它原则上模拟身体的生命过程  ,源于现实高于现实的事实  。”彭念才说  ,但是现代pcr解决方案  ,包括建立反应系统和用于核酸提取的pcr试剂系统  ,以及包括光电子学、自动化、计算机和热力学等学科集合的pcr仪器系统 ,在精度、广度和速度上都不断超越  。

超越三维极限  ,pcr技术的应用范围将不断拓宽  。“比如说  ,在夏天晚上你想吃烧烤 ,但是你怀疑这根羊肉串实际上是鸭肉  。当然  ,用于这种鉴定的pcr技术是可以胜任的 。聚合酶链反应可以检测出与羊肉相关的特定基因片段  ,但我等不及要吃羊肉串了  。你能在速度上取得突破吗  ?通过将pcr实验时间从几小时缩短到几分钟  ,可以更广泛地开辟新的应用领域  ,并相应地向科学家提出新的问题  ,从而也衍生出快速pcr的新研究领域  。彭念才说道  。

就准确性而言  ,在医学领域的应用“不含任何沙子”  ,因此必须消除pcr应用早期的假阳性  。随着技术的进步 ,通过优化反应系统、实验室设计、pcr实验前后的质量控制  ,以及仪器在准确高效的闭管操作、温度控制系统、科学合理的光学系统、软件系统、pcr仪器及相关试剂盒等诸多方面的改进和突破 ,可以达到相关部门医疗机构的准入门槛  。

据报道  ,以pcr检测为代表的分子诊断已广泛应用于医学检查、防疫控制、食品安全、检验检疫、法医鉴定等方面 ,国家“十三五”也出台了政策  。近年来 ,中国市场以每年20%的速度增长 。在过去的两年里  ,越来越多的分子诊断产品被国家设备检测中心认可  。

除了检测病原体和肿瘤  ,pcr的应用还在探索新的领域  。彭念才介绍了pcr技术应用于高血压“以人为本”准确诊断的新突破  。“我们自主研发的用于高血压个体化药物的荧光pcr熔解曲线基因检测试剂已获国家药品监督管理局注册批准  ,可使用标记探针检测与高血压药物相关的七种基因突变  ,指导五大类高血压药物 。”彭念才解释说 ,高血压药物的疗效可能因人而异 。pcr检测成本低  ,报告速度快 ,可以找到最适合患者的药物  。

“目前  ,pcr检测最早可以在1小时内给出报告 ,但是在许多领域  ,需要多管齐下的方法来更快地给出诊断  。”彭念才表示 ,对于高端分子诊断设备来说  ,在精度、广度和速度上的突破将是独立创新者永恒的追求 。

审计:朱莉

   

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