生物学的大飞跃 把DNA复制仪别到裤腰带上

2013-07-12 16:13:21来源: 太平洋电脑网 关键字:生物学
    LavaAmp,一台小到可以别在裤腰带上、能够随时随地复制DNA序列的链式反应仪。LavaAmp的样机是用金属薄片做成的,一端有个小小的圆筒形突起部分,上面绕着两根细导线。你可以用5号电池给它供电,或者直接把它连接到笔记本电脑上的USB接口也行。LavaAmp内部分成3部分。这个小盒子的基本功能听起来不是很炫:它能加热、冷却,然后再加热;液体可以流进流出,看起来没什么变化。小朋友一开始也许会误把它当成玩具。不过他们戳一戳、晃一晃这个玩意儿,不一会儿可能就会觉得无趣,然后丢下它到一边玩去了。

    总之,LavaAmp看上去平平无奇。不过,表面上缺乏吸引力,也正是它的卓越不凡之处。杰克逊和他的搭档精心制作了这样一个机器,它能证实生物科学家过去3000多年解开的不可思议的难题。

    LavaAmp可能是世界上最小的链式反应仪――能快速复制DNA的最基本的生物技术设备。链式反应仪可以规律地升高和降低机器内的温度,从而使聚合酶链式反应――也就是PCR――得以进行。这个反应的发现以及如何控制这个反应,是1983年基因工程发明后真正能够应用于工业规模的基础性成就之一。PCR的能力不仅仅是可以复制DNA,它还能让研究者复制特定的DNA片段。只要生物技术员知道如何配制合适的试剂,他就能用链式反应仪在短时间内合成大量他们想要剪接的基因。生物技术药物、转基因作物和合成生物燃料都需要PCR反应,这是制造过程中最基本的环节。长久以来,链式反应仪对所有基因工程项目都至关重要。

    以前,一台链式反应仪得花去实验室好几万美金。在某种程度上,这是可以理解的。这机器虽然听上去可能与高级电陶锅没啥区别,但是PCR需要精确的温控才能进行反应。即使如今链式反应仪已经算是生物实验室的常规设备,它所做的事情依旧非常不可思议。DNA在原始浆液中形成后的几十亿年来,就一直在不停地按自己的节奏、以自己为模板进行自我复制,这个过程只是地球历史的一瞬。现在,我们有了可以想要的时候订制特定DNA序列的机器。这样一台机器应该所费不菲吧?毕竟,就连上帝的工具箱里也有一台。

    杰克逊不这样认为。LavaAmp就是他的得意之作。

    LavaAmp预期的零售价不到100美元。这是为了达成一个目标:让科学家即使身处刚果的村庄,也能像在旧金山湾地区的生物实验室里一样方便地操纵DNA。或者,至少差不多一样方便。DIY生物技术的一个基本的常用精神是,足够近似就挺好。

    杰克逊和努涅兹-穆希卡相信,LavaAmp便于携带、用途广泛、价格低廉,这些特点最终会让它成为发展中国家诊断工具盒中一个重要的组成部分。不同于如今公共医疗工作者使用的典型工具盒,利用LavaAmp工具盒检测不同疾病的标记,不需要针对每一种细菌准备单独的试剂体系。相反,医生或者公共医疗技术员只需要一小组不同的引物就够了,引物是一小段遗传密码,可以标记需要剪切和复制的DNA片段的起始和终止点。

    在努涅兹-穆希卡理想的图景中,一个医务工作者能够在疫情爆发后迅速抵达瓜纳里托这样偏僻的地方。他只需要带着LavaAmp、一块DNA阅读芯片、一些装着专门用于检测出血热、锥虫病和登革热等疾病的引物的管子,然后这名工作者就能快速检测导致这3种疾病的不同病原生物,并且在几分钟内得知究竟是哪一种病原生物导致瘟疫爆发。

    用于检测的原料便宜、工具便于携带、技术高效。发展中国家的政府完全能够负担得起批量购买这种工具盒。而企业家也无需依靠几百万美金的风险资本支持才能生产销售LavaAmp工具盒。要知道,大金额的风险资本注入需要公司每年盈利几千万美金才能让这笔投资具有回报。当你在生产一种面向世界上最贫困群体的产品时,这一点尤为重要。

    工具盒里另一个关键的部分是小型电子芯片,这个电子芯片能够读取被LavaAmp处理过的DNA样品中的信息。这样的装置目前还没有研制出来,不过测序技术的稳步发展让这种装置看上去很有可能会研制出来。以上所有零件都会小到能够夹在皮带上。

    这是一种粗放地使用生物技术的方法,这也是有人对体制外的生物学秉持怀疑态度的主要原因。如果你在自家车库里,把一辆本田思域装饰得颇有《速度与激情》的风格,但是这车却启动不起来,那你就拿起一个套筒扳手拧起来吧,直到这车启动。在这个过程中,你的车不会驾鹤西去,至少不会像生物死去一样地死掉。你刚刚完成的一个巨炫无比的iPhone应用,但它如果不停地把你的信用卡号码发送给你所有的微博粉丝怎么办?你肯定是不眠不休地补上漏洞。你不会把代码全部删掉,不能用一了百了的方式解决这个问题。只有在生物项目里,才会出现真正的死亡。因此,一般来说,严格管理实验设备被视为生物实验室工作的一个非常重要的前提。

    理想的实验室里,明亮的白光洒在黑得发亮的实验台上。可事实上,这样的完美实验室只存在于好莱坞电影的布景里,以及全国顶级研究型大学的公关手册里。在发展中国家里,供电和自来水都无法保证,无菌实验条件通常是只可远观的奢侈品,尤其是在野外作业的时候。但LavaAmp的开发者相信,他们的设备能够做到最好。

关键字:生物学

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2013/0712/article_3878.html
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