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從組織中分離出分子混合物的方法,同樣可以用來推斷DNA分子中核苷的順序。這是因為,生物化學技術可以做到,根據核苷的順序得出一定長度的片斷。得出這些片斷後,把它們放進膠質狀電流產生的矩陣,就可以分離出DNA。因為DNA是負電荷,它們會朝矩陣另一端正電荷的方向移動。有趣的是,在凝膠體的矩陣裡,這些片斷的運動速度會減慢,因為它們要穿過凝膠微小、迷宮般的通道。速度減慢程度和它們的長度成正比,分子越長速度越慢,因為有更多的組織要從那條微細的通道擠過去。這一切在理論上講起來非常枯燥,但它的畫面真的美麗至極。這種技術被稱為定序,過去30年裡,幾乎每個重要的遺傳學成果都用到了定序的技術,這真的是一個艱苦的工作,但它十分有效。
定序的一個主要問題是它相當慢,而且,要得到所需要的DNA分子順序,要進行的生化反應的費用也十分昂貴。為此,遺傳學家嘗試用更快、更便宜的方法來檢測DNA順序。他們通常的做法,是將一個個體的DNA,與另一個個體的進行比較,而這個的DNA順序,已經在實驗室使用生物化學、凝膠技術檢測出了結果,透過比較找出兩者間的區別。DNA順序的不同就是我們的多型性,它們決定著個體的易感疾病、頭髮的顏色(前提是你沒有染髮)和其他一切遺傳的特點。但是,它們大多數對攜帶者並無影響,只是我們天生繼承下來的“行囊”,是我們血統的製造者。而對人類學家和歷史學家來說,這些製造者無疑是一座寶藏。
化學家彼德·歐芬納是一個嚴肅的奧地利人,他的家鄉在靠近因斯布魯克的蒂羅爾。20世紀90年代,他是斯坦福大學應用高壓液相色譜(簡稱HPLC)技術分離DNA分子研究專案的負責人。他正在嘗試用HPLC建立一種新的檢測DNA分子順序的方法,因為比起凝膠技術,它分離分子的速度更快。一天,在遺傳學系中午的研討會上,彼德·昂德希爾讀到了歐芬納對這種新技術的介紹材料,他立刻就感到,它可以解決在尋找Y…染色體多型性上存在的問題。他走上前,問歐芬納是否願意與他合作。兩位科學家開始了忘我的工作,整整18個月裡他們沒有周末。
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壓力之下(2)
兩個彼德的合作,最終產生了被稱為“變性HPLC”的新技術,或簡稱為dHPLC。它幸運地成了DNA分子的專用技術。因為DNA分子是雙螺旋,一對核苷鏈透過鹼基之間相互的吸引力彼此纏繞。在DNA的世界裡,腺嘌呤和胸腺嘧啶永遠是一對,胞嘧啶和鳥嘌呤永遠是一對,這正是它們分子結構的特點。也就是說,如果知道了一條螺旋鏈的核苷順序,便會自動知道另一條上的。雙螺旋鏈結構有兩個作用,第一,它穩定DNA的分子,使它們免受酶和環境壓力的破壞,在距今5萬年的化石上仍然能找到DNA。我們的細胞裡同樣有單螺旋的結構,它被稱為RNA,由於簡單,在這樣久遠的化石裡便找不到它的存在。第二個作用是,兩條互為“鏡子”的螺旋鏈保證了對核苷順序進行“備份”,假如一條螺旋鏈上出現了一個變化(或者說,一個變異),它對面的螺旋鏈上相應的核苷便和它不再是“完美的一對”,錯配的發生,會在螺旋鏈的一個點上輕輕打下一個“結”,這個“結”很容易被細胞內的校正系統檢測到,並且將損壞修補好。
dHPLC技術利用HPLC不可思議的靈敏性,就如同細胞內的校正系統一樣,當錯配的DNA分子透過矩陣時,會因為分子結構異常(這裡不再是因為分子的長度)而導致運動速度減慢,因此很容易就被檢測出來。如果螺旋鏈上有一個“結”,其運動的速度便會變慢,因此透過不同的移動圖譜,就能將錯配的片斷檢測出來。你可以對幾百個核苷