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聚合酶链式反应(PCR)是一种利用DNA双链复制的原理,促进DNA片段在生物体外环境中快速复制的技术 。在最近的世界疫情时代,这项技术在病毒检测中发挥了关键作用 。
黄石国家公园的大棱镜温泉 。(维基百科)
黄石国家公园主要位于美国怀俄明州,部分在蒙大拿州和爱达荷州 。它由当时的美国总统于1872年签署并建立,是世界上第一个国家公园 。黄石国家公园以其丰富的野生动物和地热资源而闻名 。那里的温泉温度可高达100摄氏度,达到沸腾状态 。
病毒检测和黄石国家公园有什么关系?
20世纪60年代,微生物学家托马斯·布洛克(thomas Brock)路过黄石国家公园时,注意到蘑菇泉中有一层粘稠的金黄色真菌 。
他们发现它能产生一种耐高温的生物酶 。经过研究,其中一种嗜热细菌——栖热菌aquaticus在随后的几十年中成为科学家操纵和研究DNA的有力工具 。
自从1953年科学家发现DNA的双链结构以来,科学家们就面临着如何研究少量DNA样本的挑战 。科学家需要在实验室里将获得的有限样本复制成足够的样本,以便进行更好的研究 。
科学家发现了一种DNA聚合酶,它在基因复制过程中的作用类似于DNA复制器 。在生物体中,细胞复制具有天然的DNA复制机制 。但是,在实验室环境中,应该采用特殊的方法 。
上世纪80年代,美国生物化学家穆利斯发明了聚合酶链式反应,获得了诺贝尔奖 。这种方法需要将DNA加热到接近100摄氏度的高温,然后反复冷却 。在早期的实验中发现,我们每经历一次高温,DNA聚合酶就会受到损伤 。因此,早期的DNA复制过程是缓慢而低效的 。
后来,穆利斯意识到,黄石国家公园的真菌能在如此高温的环境中生存,说明它们体内的DNA聚合酶具有耐高温能力 。
穆利斯成功了 。多年来,在黄石国家公园的温泉中发现的DNA聚合酶大大提高了聚合酶链式反应的效率 。现在科学家可以在几个小时内复制数百万份基因 。
这项技术在这次世界鼠疫大灾难中对检测病毒样本发挥了重要作用 。
【黄石公园发现的细菌】专注于南极多样微生物研究的佐治亚理工学院的贾斯汀劳伦斯(Justin Lawrence)表示,只有增强我们对微生物世界的了解,我们才能知道如何保护自己,但要在实际应用中拥有控制微生物的能力,我们必须首先放眼世界,了解生活在各种极端环境中的生物 。
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