生物技术创新创业分享 http://blog.sciencenet.cn/u/SNPs 美国HudsonAlpha研究院的研究员。做分子鉴别诊断平台技术的开发和免疫组库基础科研。

博文

如果没有PCR 精选

已有 5624 次阅读 2019-8-19 15:31 |个人分类:生物技术创新创业|系统分类:科研笔记| 生物技术创新创业, 分子诊断

因为发明了PCR(多聚酶链状反应)技术而获得诺贝尔奖的Kary Mullis博士最近去世了。PCR是当代分子诊断技术的基石,我们每个人都应该自问一下,如果没有PCR我们今天会做什?我有机会发明PCR技术吗?


知道Kary去世这个消息的时候刚好我陪同两个美国科学家访问南京:

0A36C292-E62C-4A5C-9A41-891C13102C45.png


一位是我们哈森阿尔法生物技术研究院的院长,原斯坦福大学遗传学主任,人类基因组中心主任(他领导的团队完成了10%的基因组测序工作),Richard Myers教授;另一位是匹兹堡大学医学中心著名的肿瘤免疫学家Michael Lotze教授。他们都是我们新建的江苏省产业技术研究院免疫技术研究所的科学顾问。两位都在最近一年内三四次访问南京了。L教授更是轻装上阵,两个星期的旅途就背一个背包和一个他跑马拉松装衣服用的塑料袋。不过,包里放了十本一路上给同行朋友的书,我和Myers 教授也各得到了一本,”Making PCR” , 写的就是PCR发明前后的故事:

28AD7C4E-9C19-4CA2-B390-A3E157300AED.png


两位教授都碰巧成了那个时期的历史见证人。Myers教授博士在伯克利的时候就认识Mullis,讲了几个他和Mullis的亲历故事,一个比一个精彩,精彩到不能留下笔录。而Lotze教授的经历则和Cetus公司的盛衰息息相关,Cetus就是因为把赌注都押在了IL2(白介素2)上才断了现金流不得不被兼并的。L教授被认为是白介素2先生,是最早把白介素2用于肿瘤免疫治疗的。


“Making PCR”这本书客观地记录了PCR的发明过程:它的确是Mullis“狂想出来的,但是也是Cetus的几个科学家把它动手做出来的。从Mullis设想到PCR到别人把实验做出来中间隔了二十个月!


杜邦公司曾经挑战过PCR专利,但是没有胜诉。他们认为所有PCR技术的基本元素早在Mullis83年春天想构想出这个技术以前就已经存在了。的确,DNA多聚酶,寡核酸引物,dNTP等关键元素都已经被研究透了。可是,Cetus律师团的理由也很充分:既然所有这些元素都已经存在了十几二十年了还没有人想到PCR,恰巧说明这个技术不是那么显而易见的。不然,张三早就研发出来了。


Mullis之所以能发明这个技术,除了LSD的功劳以外(他自己也多次提到兴奋剂的独特作用),更关键的是他脑子里面装满了让他头大的问题:他非常痛恨当时流行的分子诊断方法,Southern blot。我86年去美国留学,踏进实验室的第一个实验也是Southern Blot。整个实验做下来要一两个星期,包括基因组DNA提取,限制性内切酶处理,电泳,转膜,烘干,制备放射性元素标记的探针,杂交,清洗,X光片曝光,洗印胶片等步骤。Mullis非常希望能逃避这些繁复的工作。


除了有令他头大的问题之外,Mullis还有两个别人没有的优势:(1)他是寡核酸合成实验室的主任,手头有别人没有的资源和基础知识;(2)他那段时间很着迷电脑编程,尤其是对Loop功能很欣赏。这就使他比别人更容易想到链状反应。


L教授送书给我们的一个目的就是学习早年生物技术公司Cetus的创业经历和经验教训。当初Cetus可算是生物技术领域的明星,上市后集资一亿美金,是生物技术行业没有先例的。拿到大笔钱后迅速扩张到几百号人,科研创新全面开花,但是很难锁定一个重点。最后找来一位有经验的管理者,把宝都押在IL2上面,最后不得不把PCR技术廉价三亿美金转让给了罗氏。公司经过风风雨雨最后不得不被邻居小公司Chiron收购。如果当初把宝押在PCR上可能Cetus今天就是另一番天地了。


我第一次听到PCR1987年,我在UAB读医学遗传学博士的时候。在我们的Journal Club上研究生Theresa(她后来去Francis Collins 实验室做博士后)讲解了Saiki 为第一作者的那篇发表在科学杂志上的PCR用于分子诊断的应用文章(Kary拿诺奖的那篇PCR方法学的论文被科学和自然杂志拒稿发到二线杂志上)。

26952FA7-DDC8-4011-970D-8133CB7C67B3.jpeg

我当时认为这个技术没有多大用途,因为需要扩增靶点序列,既然已经知道了序列还有什么用呢?因为我们当初的头大问题是要克隆未知序列。不过,我还是系里面最早学会实用PCR的人。我的第一篇论文(发表在PNAS上)也是发明了一个基于PCR的给未知基因做染色体定位的方法(CM-PCR, chromosome microdissection PCR. 就是通过显微微切割从载玻片上拿到染色体片段作为模版进行扩增从而给基因定位的方法)。渐渐地,我体会到了PCR的强大威力,它的最大卖点在于他是提高分子诊断信噪比的最佳手段。如果没有PCR,如果我们还是使用Southern blot类似的方法,我们为了提高信噪比,就只能设法去扩增杂交后的探针信号强度。PCR则是从源头上增加了靶点上的信号强度,使得探针很多情况下都没有必要了。


毫不夸张地说,没有PCR技术就没有我的今天。我创办了六七家公司(Genaco, Diatherix, iCubate, iRepertoire, MyImmuneBank, 元仓,健谱)都是基于PCR技术的。我没有用过LSD,还不知道它的好处。估计把我放到八十年代初在Cetus工作也可能发明不出PCR技术。不过,我在PCR的基础上研发了三个多重PCR技术(temPCR, armPCR, damPCR) 算是把PCR技术发扬光大的一个好的案例吧。我之所以能研发出这些技术,根本原因还是有需求。和Kary当年一样,我也有令我头大的问题。创新的起点都是一个现实社会中的痛点,痛得越大,需求就越大。这样的机会比比皆是,创新的机会也是如此。


许多讲PCR发明人的文章都去翻出一些花边新闻来讲,那些娱乐性的文章不看也罢。人无完人,诺奖也不是按照道德标准来发的。Kary Mullis的一生活的很精彩,他的发明也让许许多多我们这样的人活的很精彩,更让无数的病人直接收益,这还不够吗?


相关博文:

染色体微切加PCR

多重PCR技术



http://blog.sciencenet.cn/blog-290052-1194273.html

上一篇:近观美国的衰退

15 杨卫东 戎可 陈有鑑 李毅伟 刘光银 武夷山 晏成和 张江敏 黄仁勇 郑永军 吕洪波 鲍海飞 彭真明 李剑超 周忠浩

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (3 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-9-22 01:21

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部