3.DNA、RNA與聚合酶

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就是這樣一種程序，它讓一個(gè)DNA順序在幾小時(shí)內(nèi)進(jìn)行100萬(wàn)倍的擴(kuò)增。聚合酶是把核苷酸裝配到新的DNA或RNA鏈上去的酶類，這些鏈在（基因）順序上是同原先的模板鏈互補(bǔ)的（Qβ復(fù)制酶是聚合酶的一種類型）。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)依賴于下列之事實(shí)，即由聚合酶合成的DNA鏈本身能夠?yàn)橐院蟮娜舾奢啅?fù)制充當(dāng)模板。

這樣，聚合酶復(fù)制含有一個(gè)基因的DAN雙螺旋結(jié)構(gòu)的每一條鏈，以產(chǎn)生第二個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)分子。聚合酶接著復(fù)制新老兩者的雙螺旋結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生第三個(gè)和第四個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)；然后全部4個(gè)螺旋又復(fù)制成8個(gè)，依此類推。螺旋數(shù)量成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，這樣恰好在幾小時(shí)內(nèi)原始的一個(gè)DNA基因就已復(fù)制了數(shù)百萬(wàn)倍。

一種比較通用的增殖技術(shù)能夠迅速地生產(chǎn)RNA鏈的拷貝。這種技術(shù)涉及到兩種聚合酶蛋白，一是拷貝RNA為DNA（即制造一個(gè)同RNA模板互補(bǔ)的DNA鏈）；另一是把DNA拷貝回RNA。如同聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一樣其結(jié)果都是相同的：用這些拷貝來(lái)反復(fù)制造拷貝的方法，人們很快就以相同RNA基因的驚人數(shù)量而結(jié)束。應(yīng)用這種RNA的擴(kuò)增方法，人們?cè)?小時(shí)就能得到成百萬(wàn)的拷貝。如果復(fù)制時(shí)所需的復(fù)制馬力更大，則RNA擴(kuò)增可以同聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)相串聯(lián)來(lái)進(jìn)行操作，使一個(gè)基因產(chǎn)生數(shù)以10億計(jì)的拷貝。

具有諷刺意味的是，作為最早開(kāi)發(fā)的技術(shù)，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和RNA擴(kuò)增系統(tǒng)都共有一個(gè)缺點(diǎn)：太過(guò)于準(zhǔn)確。也就是說(shuō)，與Qβ系統(tǒng)不同（在該系統(tǒng)中在擴(kuò)增期間拷貝時(shí)似乎會(huì)忙中出錯(cuò)），聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和RNA擴(kuò)增系統(tǒng)在擴(kuò)增期間對(duì)差錯(cuò)不夠敏感以滿足定向進(jìn)化企圖的突變要求。幸運(yùn)的是，修改后的這兩種方法現(xiàn)在正讓突變以合理的和可控制的頻率發(fā)生。

生物化學(xué)家們手中握有這些有力的基因倍增技術(shù)，目前正不受限制地去研究各種各樣的選擇限制因子。就未來(lái)的探索而論，遺傳分子DNA和RNA是特別有用的目標(biāo)，因?yàn)闆Q定其化學(xué)和物理性狀的堿基順序與其遺傳組成是同義的。通常，人們把蛋白質(zhì)視為第一位的功能性大分子——因?yàn)闅w根到底，自然界利用蛋白質(zhì)作為細(xì)胞中起催化功能的主要試劑。不過(guò)托馬斯·柯克和悉尼奧特曼以其獲得諾貝爾獎(jiǎng)的研究工作首次確認(rèn)了RNA能夠作催化劑。以此類推，DNA也可以作催化劑同樣是有理由的。而其他的有生活力的化學(xué)組織，如結(jié)合到靶分子上，也完全在DNA和RNA的研究范圍之內(nèi)。