PCR的起源

　　聚合酶鏈式反應（英文：Polymerase chain reaction，縮寫：PCR，又稱多聚酶鏈式反應），是一項利用 DNA 雙鏈復制的原理，在生物體外復制特定 DNA 片段的核酸合成技術。這項技術可在短時間內大量擴增目的基因，而不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。

　　諾貝爾化學獎得主凱利·穆利斯（Kary Mullis）于1983年開發出了聚合酶鏈式反應技術（PCR），它是一種簡單，廉價和可靠的復制 DNA 片段的方法，適用于現代生物學和相關科學的許多領域。PCR 可能是分子生物學中使用最廣泛的技術。這種技術也被用于生物醫學研究，犯罪取證和分子考古學。

　　穆利斯的想法是，通過一種人工、和反復相同程序的方式，并利用一種特殊的酶——即 DNA 聚合酶來擴增特定的 DNA 片段。DNA 聚合酶天然存在于生物體內，在細胞分裂前進行 DNA 的復制。當 DNA 開始復制時，解旋酶將雙鏈的 DNA 分開成兩個單鏈。DNA 聚合酶便結合在兩條 DNA 單鏈上，生成互補鏈。

　　在穆利斯最初的聚合酶鏈式反應中，DNA 聚合酶被用于體外試驗。但是，他沒有采用正常細胞常溫解旋的方法，而是把雙鏈 DNA 加熱到 96°C，使得雙鏈分離成為兩條單鏈。但是在這個溫度下，DNA 聚合酶會遭到破壞，因此在每個循環的加熱步驟后必須補充新的聚合酶。穆利斯的原始聚合酶鏈式反應效率極低，不僅需要大量時間和 DNA 聚合酶，并且整個聚合酶鏈式反應都需要人照看。

　　后來，嗜熱細菌水生棲熱菌（Thermus aquaticus）體內產生的 DNA 聚合酶改善了這種低效的聚合酶鏈式反應。由于生活在溫度在50至80°C（122至176 °F）的間歇泉中，嗜熱細菌的 DNA 聚合酶具有耐熱性。在被用于聚合酶鏈式反應時，這種 DNA 聚合酶不會被高溫破壞，因此不需要不斷加入新的聚合酶，聚合酶鏈式反應由此變得簡單并且可以由機器操作。

　　最初的具有耐熱性的 DNA 聚合酶來自于水生棲熱菌（Thermus aquaticus），它是1976年臺灣科學家錢嘉韻（Alice Chien）從黃石國家公園發現的，因此被稱為 Taq。Taq 酶被廣泛用于當前的聚合酶鏈式反應操作中，Taq 酶的缺點是它缺少3＇→5＇校正外切酶活性，因此在復制 DNA 時有時會出錯，造成 DNA 序列突變（錯誤）。而從古菌中獲得的 Pwo 酶及 Pfu 酶均被發現有校正機制，能夠大大降低聚合酶鏈式反應中的突變。將 Taq 與 Pfu 結合使用就可以保證真實準確地擴增 DNA。

　　微生物復制是一個費時耗力的流程，首先要將 DNA 經限制酶剪裁，再利用連接酶（Ligase）加到運載體（Vector）中，之后利用瞬間電擊（Electroporation）或是熱休克（Heat Shock）的方式，送到大腸桿菌感受態細胞（competent cell）中，將此菌于培養皿中大量繁殖培養，再經過繁復的分離、純化過程，通常需要近一周才能大量復制片段。而僅需一小時的 PCR 能省去大量時間和繁復的操作，因此聚合酶鏈式反應技術被廣泛地運用在醫學和生物學的實驗室，例如被用于判斷檢體中是否會表現某遺傳疾病的圖譜、傳染病的診斷、基因復制，以及親子鑒定。