逆轉錄酶以DNA為模板、在RNA聚合酶(依賴于DNA的RNA聚合酶)的催化下合成RNA的過程稱為轉錄。以RNA為模板在逆轉錄酶(依賴于RNA的DNA聚合酶)催化下合成DNA的過程稱為逆轉錄。原核生物的基因序列是連續的,比較容易被識別和克隆。真核生物的基因要復雜得多,在DNA分子中的序列常常被插入了若干個內含子(in- tron)而不連續,這給基因的識別、克隆和表達帶來了極大的困難。1970年,Baltimore 小組和Temin小組的科學家同時發現了逆轉錄酶,逆轉錄酶被逆轉錄病毒(retrovirus) RNA所編碼,在逆轉錄病毒的生活周期中,負責將病毒RNA逆轉錄成互補的DNA(cDNA),進而形成雙螺旋的DNA,并整合到宿主細胞的染色體DNA中。逆轉錄酶打破了中心法則,使真核細胞基因的制備成為可能。
在實現了三大理論發現和完成了三大技術發明后,基因工程誕生的條件已基本成熟。1972年,斯坦福大學的Berg等人在世界上第一次成功地實現了DNA體外重組。他們使用限制性內切酶Eco R I在體外對猿猴病毒SV40的DNA和λ噬菌體的DNA分別進行酶切,再用T4 DNA連接酶把兩種酶切的DNA片段連接起來,獲得了重組的DNA分子。1973年,斯坦福大學的Cohen等人進行了體外重組DNA實驗并成功地實現了細菌間性狀的轉移。他們將大腸桿菌的抗四環素(TCr)質粒pSC101和抗新霉素(Ner)及抗磺胺(Sr)的質粒R6-3,在體外用限制性內切酶Eco R I切割,再連接成新的重組質粒,然后轉化到大腸桿菌中。結果在含四環素和新霉素的平板中,??篩選出了抗四環素和??抗新霉素的重組菌落,即表型為TCrNer的菌落。這是人類歷史上第一次有目的地進行基因重組實驗,是第一個實現?重組體轉化的成功例子。基因工程從此誕生,許多科學家將1973年稱為基因工程元年。
在20世紀70~80年代,基因重組技術還只被少數科學家、少數研究機構和企業所掌握,雖然該技術的重要性?已被基因重組蛋白質藥物的相繼上市而受到重視,但在實施時的困難使許多人望而生畏。一項基于以上三大技術發明的綜合技術的出現徹底改變了這種情況,這就是1993年諾貝爾獎獲得者之一Kary B. Mullis所發明的PCR(polymerase chain reaction)技術。該技術不但為基因體??外重組提供了非常方便而高效的設備,而且極大地促進了分子生物學、人類基因組計劃、甚至疾病診斷學的發展。可以毫不夸張地說,PCR已經成了現代生物科學和技術不可或缺的基本工具,每個與生物有關實驗室的必需設備。
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