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| 本文作者： 張利 | 2017-01-19 18:28 |
雷鋒網AIHealth欄目按：DNA在高溫時可以發(fā)生變性解鏈，當溫度降低后又可以復性成為雙鏈。因此，通過溫度變化控制DNA的變性和復性，加入設計引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外復制，此即為PCR體外擴增DNA的原理。
范德堡大學的研究人員開發(fā)了一種PCR反應中擴增DNA鏈的新方法，據稱這種技術可以讓基因分析變得更快更便宜，研究人員稱之為適應性PCR技術（adaptive PCR ），該技術的核心是通過左旋DNA調節(jié)和監(jiān)控PCR反應過程。
正常DNA是右旋雙螺旋結構，上世紀70年代，科學家發(fā)現了左旋DNA，左旋DNA的基因序列是正常DNA的鏡像。
如上圖所示：A/B構象是右旋，Z構象是左旋
雖然左旋DNA與正常DNA的基因完全相同，但是其大多處于分子狀態(tài)，所以可以用熒光標記物對左旋DNA進行標記，在PCR樣本中加入少量有熒光標記的左旋DNA，與正常DNA進行相同的復制過程，就可以跟蹤反應。
要理解適應性PCR的反應過程，首先我們來復習一下傳統PCR擴增過程。
PCR由三個不同溫度的反應階段構成：
高溫變性：模板DNA解離，成為單鏈。
低溫退火：模板與引物結合。
適溫延伸：合成新的DNA鏈。
這三種階段的劃分是通過人為控制反應溫度實現的。通過改變反應溫度，實現雙鏈DNA變成單鏈、引物退火、引物沿著單鏈模板延伸為雙鏈DNA三個關鍵步驟。在PCR反應過程中，最關鍵的就是控制樣本的溫度，但通常也是困難。
關鍵是科學家不知道他們應該何時改變反應溫度？他們很迷茫。
通行的做法是：人為估計反應所需時間，而不是根據某一個特定反應步驟的結束來確定的。
在適應性PCR過程中，被熒光標記的左旋DNA分子與樣本DNA進行相同的反應過程，就可以根據左旋DNA分子熒光的變化確定反應終點。
根據熒光的增強和減弱，研究人員就能知道某一特定的反應步驟是否完成了，以指導他們切換反應溫度以進入下一個反應過程。
適應性PCR可以在分子水平監(jiān)控反應，自動控制DNA的擴增。在這個過程中，在樣本中加入少量左旋DNA，左旋DNA（L-DNA）顯示為藍色，模板DNA（D-DNA）即正常DNA顯示為綠色，左旋DNA游離狀態(tài)的引物熒光顯示為紅色，而游離的DNA單鏈熒光顯示為黃色。
以下是不同反應階段及其顯示顏色：
變性階段（denaturation stage）：加熱樣本，DNA解離成單鏈，左旋DNA上的紅色和黃色熒光亮起。
退火階段（annealing stage）：PCR反應中，左旋DNA樣本與左旋DNA結合，紅色熒光熄滅。
延伸階段（elongation stage）：在DNA聚合酶的參與下，模板DNA合成新鏈，同時左旋DNA沒有新鏈合成，但通過反應中紅色熒光亮起可以判斷，進入了下一輪的變性階段。
下圖即是適應性PCR的過程圖解：
每次循環(huán)，模板DNA的量翻一番，40次循環(huán)能產生超過一萬億個DNA拷貝。
PCR擴增反應是一個不穩(wěn)定的反應過程，可能受到樣本不精確或環(huán)境條件的影響。而這種持續(xù)檢測和引導反應的方法能使得基因分析變得更快更便宜，并且有望縮小反應儀器的尺寸。
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