打破PCR引物设计的条条框框[心得点评]

【字体: 时间:2011年07月01日 来源:韩健的博客

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  这些引物设计“指南”条件被用了二十多年,已经被印在无数的教科书中,整合到了无数的应用软件中,发表在无数的论文里。正因为如此,很少有人去质问它们的合理性,科学性。可是,它们真的就是真理吗?

我喜欢我们公司工程师常说的一句话:“everything is possible, just give me time, money and Mountain Dew (苏打饮料)"。

如果所有的(应该办到)事情都是能办到的,那办不到就没有理由,设法办到就应该成为追求。

没办到就是因为有条条框框在制约着我们。可怜的是,我们有太多的人被这些条条框框约束得太久,已经失去了感觉,已经习以为常,甚至把它当成了真理,然后去遵从,去崇拜。

最近和我们经常和公司的一个研发人员(健康的)争论,他有多年试剂开发的经验,但是接触我们mPCR(多重PCR)技术还是最近的事,所以有些不适应。这些争论也让我想了很多。

研发PCR试剂的人都知道,在设计PCR引物的时候有几个必须注意的条件:(1)TM值,就是寡核酸引物和模版DNA之间结合的温度;(2)引物之间形成双聚体的可能性;(3)引物自己形成发卡二级结构的可能;(4)引物序列和人类基因组中其它位点结合的可能(可以产生背景)。

这些引物设计“指南”条件被用了二十多年,已经被印在无数的教科书中,整合到了无数的应用软件中,发表在无数的论文里。正因为如此,很少有人去质问它们的合理性,科学性。可是,它们真的就是真理吗?

当我们把谬误当成真理的时候,一个无形的框框就形成了,它会防碍我们发展,阻挡我们创新。

所以创新,就需要我们打破框框,也就更需要我们敢于去怀疑真理

那么,上面提到的PCR引物设计“法则”是真理吗?我不认为是。容我逐条分析:

(1)大家都用TM值来帮助做引物设计。可是有那些论文真正详细地做过实验来看它的合理性?我们做过实验。结果发现不用任何软件,笔起眼睛随机设计引物成功率也可以达到70%; 用了TM值,成功率可以提高到85%左右。正是这个“提高”让大家都迷信上了TM. 其实,仔细分析就会发现TM的使用价值很有限:(i)不同的软件,使用不同的TM值计算公式,同一个引物可以得到相差很大的两个不同的TM值。你相信那个?(ii)所有TM值的计算公示都需要设定一些参数,如pH 值,温度,盐浓度,酶浓度等。我们一般进行引物设计的时候都用软件的预设值,而预设值常常和我们实际使用的条件差别很大。(iii)就算是TM值的计算十分精确了,它顶多反应的是引物能和模版结合上去的理想温度,是一个物理参数而已。它并不能代表引物真的就被多聚酶喜欢。

(2)引物相互结合的确可能形成二聚体,导致背景和不必要地消耗反应物。可是发生二聚体的前提是在温度很低的情况下,同时反应体系内又已经有了酶和dNTP等其它反应物,加上设立PCR反应后到把PCR试管放到仪器上的时间很长(几分钟就够了),于是粘在一起的引物就在酶的作用下相互当模版和引物合成起来,构成了背景。

这些都是想象中可以发生的事情,而且也的确经常发生。所以在设计一般PCR反应的时候值得加以注意。但是如果使用我们研发的iCubate技术平台就不用过于顾虑这个问题: 因为在我们的卡盒中,引物和酶(dNTP,buffer)是预先存放在不同的溶液槽里的,是要等反应槽内的温度升高到90C以上才把酶加到反应体系中的。所以一般形成二聚体的条件在我们的体系内根本就不具备!

(3)引物自己折叠出发卡结构,影响引物功能。与上面讲的第(2)条一样,如果温度足够高,再强的二级结构也会被变形破坏掉的。所以也不是一个主要障碍。

(4)引物和人类基因组其它序列有完美的结合。这个的确能导致背景。但是除非反应体系中还有另一个引物能和在这个引物的下游不远的模版序列结合,产生反义产物,这也不是一个大问题。“一个巴掌打不响”,真正的背景还要靠一对相配的引物才能产生。

这样看来,许多“这也不行,那也不行”的条条框框并不能经得起挑战,也就不佩成为不变的真理。遵循这些所谓的真理的结果,就是主动放弃创新的机会;而敢于挑战这些“原理”的人才有机会研发出象mPCR这样的新技术。

许多实例都表明,创新需要我们敢于去怀疑所谓的真理。越是难办的事,越是有装扮得很漂亮的“真理”保护着它。

还是拿mPCR说事,针对问题(1)我们研发了PPI(多聚酶亲和指数)的方法来帮助提高引物设计的成功率;针对问题(2)(3)我们通过先升温,后加酶的办法解决。市场上也有很多HotStart酶也是为了减少背景研发的,原理也是一样:“不见鬼子不挂弦”。针对(4)要警惕,但是不要太在意。

我们能研发出mPCR试剂的一个根本原因就是我们敢于蔑视那些所谓的常规和真理,敢于去打破那些条条框框。科研创新的过程就是打破常规的过程,可前提是我们有判别能力,知道哪些常规值得打破。还有,我们要清楚,不打破一些常规,创新也是一句空话。

本文来自韩健的博客,原文地址为:http://blog.sina.com.cn/s/blog_52cb75b901017wfi.html

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