• 【宇宙迷宮】病毒測試與DNA放大魔法(李偉才)
  • 2020-05-02    

 

大瘟疫之下,快速的病毒測試成為了阻止疫情蔓延的重要手段。但除非你主修生物學,否則多半不會知道,這些測試的幕後功神,是一個名叫「聚合酶鏈式反應」(polymerase chain reaction)的技術革命。

說它是一個「革命」絕不誇張,因為如果沒有了這種技術,我們今天所習以為常的「基因檢測」將難以普及,而所有刑事調查中的基因鑑證、遺傳疾病的及早診斷、親子鑑定,以及無數生物醫療上的研究(包括今次的病毒測試)都難以實現。

我們都知道,基因(gene)是決定生物繁衍與遺傳的單元,而DNA(Deoxyribonucleic acid,脫氧核醣核酸)則是基因的物質基礎。1953年,克里特(Francis Crick)和華生(James Watson)兩位科學家揭示DNA的雙螺旋結構(double-helix structure),開啟了基因研究的新紀元。

然而,在往後的數十年,這項知識上的突破未能直接應用到日常生活之上,主要的原因,是我們從生物體內提取的特定DNA片段,一般的份量都極為稀少,所以難以讓我們進行明確的分析。

在初期,複製DNA的唯一方法,是以精細的技術,把DNA放進一枚細菌裏。細菌分裂時,那段DNA也會被複製。如是者經過許多次的分裂後,「倍增」了的DNA便會被抽取和淨化。不過,這個方法非常複雜繁瑣,而且十分耗費時間和金錢,所以不適合快速和大規模使用。

革命性的改變出現於1983年。那一年,生物學家凱利‧穆里斯(Kary Mullis)發明了上文提到的「聚合酶鏈式反應技術」,令基因檢測的普遍應用得以實現。我們無法在此詳述箇中的技術細節,而只能列出其中的關鍵步驟:

1.把要複製的DNA加熱至大約攝氏95度;

2.加入小段的DNA作為「指引」(primer);

3.利用一種稱為「DNA聚合酶」(DNA polymerase)的酵素去複製我們想要研究的DNA

留意上述程序可以不斷重複,而DNA的分量可以由2倍、4倍、8倍、16倍等,增加至數十億倍,直至它可以輕易被我們的儀器來進行分析為止。

可惜,開啟這個革命的穆里斯已經於去年8月7日離世。今天在全球進行病毒測試的醫護人員,不知有多少個會偶爾想起這位先驅呢?

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