想象一下，如果你有一些珍贵的资料，但只有手抄本，却有很多人想看这份资料。
怎么办？
最好的办法是把这份资料拿去印刷或出版，这样资料就从一份变成了很多份，一份是原本，很多份是拷贝。
PCR就像复印机，只不过它“复印”的是DNA。
01 Taq酶的诞生
核酸的研究历史已经有上百年了，早在20世纪70年代，把基因从体内分离出来，并对其研究的技术就已出现。奈何体内分离出来的核酸含量很少，要想频繁、大量去研究它是不现实的。
图片来源：Google Doodle
1971年，Khorana提出一个大胆的想法：为什么不在体外扩增DNA？
既然DNA可以在体内复制，在体外把DNA变性、然后让引物DNA结合上去，再配合DNA聚合酶来复制，这事不就妥了？！
这一个在今天看来再正确不过的操作，在当时却无人敢碰，因为核苷酸的合成技术尚未成熟、存在一种体外具有活性的DNA聚合酶也只是一个假设而已。
时间来到了1983年。美国科学家Kary Mullis把当年Khorana的想法往前推进了一大步。
图片来源：https://www.ted.com/talks/kary_mullis_a_next_gen_cure_for_killer_infections/transcript
他通过加热DNA来实现双链解开，并使用大肠杆菌的DNA聚合酶 I的Klenow片段来完成了DNA在体外复制。但是，这种技术依然没有得到认可和大范围的应用。
因为Klenow酶不耐热，当DNA升温解链的同时，Klenow酶也会出现钝化的现象，导致DNA复制只能一次一次来完成，也就是当DNA复制一轮后，就需要再次补充Klenow酶。
Kary Mullis做这个实验的画面不敢想象得有多悲催。
图片来源：https://welgene.blogspot.com/2017/06/pcr.html
又过了5年，Saiki等人从温泉中分离出一种水生的噬热杆菌（Thermus aquaticus），并从中提取出了一种耐热的DNA聚合酶，它如果应用在体外DNA扩增时，不会因为加热变性DNA而影响活性，因此它可以持续工作数个复制循环。
为了纪念这个发现，取了噬热杆菌Thermus aquaticus其名字中的字母T和aq来为这个酶命名，于是，Taq DNA polymerase诞生了，简称Taq酶。
02 PCR技术的发展
自从Taq酶发现以后，PCR技术再也不是原来的实验室“矮矬穷”+人人不待见的玩意了。
随后的十多年时间，PCR方法不断优化，例如使用具有3'-5'修复活性的DNA聚合酶来扩增，以此降低DNA复制时产生的碱基错配。也就是高保真PCR。
相应的用于PCR扩增的设备也被研发出来。1988年，Cetus公司发明了第一台自动化热循环仪，使得PCR过程可以自动完成，减少了手动操作的复杂性和误差。
带有三个水浴槽的早期 PCR 仪，图片来源：维基百科
PCR反应的应用也得到了扩展。
原来，使用PCR完成DNA扩增，反应结束后通过琼脂糖凝胶电泳观察DNA条带，可以作为一种定性分析技术，即告诉我们有或没有这个答案。但原来样本里的DNA有多少？不知道。
往PCR反应体系内加入荧光染料，通过记录荧光信号的数值来倒推出样本中DNA数量有多少，就让原来只能回答有无的PCR变成了回答有多少的能力了。
从定性到定量，让PCR技术应用又一次得到了扩展。例如传染病的检测、癌症基因的筛查。
图片来源：https://images.app.goo.gl/CAFrJV7PqnntdSvGA
一个全新技术的诞生，在最初时总是显得天马行空，和大家的认知显得格格不入，甚至不为环境所接受。但总会有人去前赴后继推动它，实现它。
基因编辑、人工智能大模型、虚拟增强现实、火箭发射回收...这些从0到1的技术突破，大胆的创新虽然风险巨大，但却是推动对应领域大幅进步并进而改变社会的源动力。
而这看起来不起眼的PCR，何尝不是其中的一种？
下一篇文章，我们继续分享PCR实验的原理、操作和分类。
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