PCRは加熱と冷却だけでDNAの一区間をコピーした

DNA断片のほとんどすべての利用——疾患の診断、遺伝子の配列決定、個人の指紋識別——では、どの試料から得られる量よりもはるかに多くのコピーが必要になる。従来の主力手法は細菌へのクローニングであったが、これは遅くて手間がかかるため、試験管内で選んだ区間を増幅する速い方法は真の賞であった。

マリスは1983年4月、車を運転中にPCRを着想した。そのとき彼は、DNAが熱によって分離し再アニーリングするという知識と、反復ループという考えを結びつけた。2つのプライマーが標的を挟み、耐熱性ポリメラーゼがそれらをコピーする。加熱すると鎖が分離し、冷却するとプライマーが結合し、ポリメラーゼが標的に沿って伸長する。新しいコピーもまたコピーされるため、標的は各サイクルで倍増する。

マリスの最初の成功実験は、これを完成させるためにCetusのグループが結成された後の1983年12月に得られ、最初の特許出願は1985年3月に行われた。数時間のサーマルサイクリングで数十億の同一コピーが得られ、これは診断や配列決定の読み取りが必要とする増幅そのものである。

交互の加熱によって標的DNA断片を倍増させる

各サイクルで標的を倍増させると指数関数的な増幅が得られ、1分子が数時間で数十億になる。

2つのプライマーが所望の区間を挟むため、ゲノム全体ではなくその区間だけがコピーされる。

生きた細胞を必要としないため、速く、安価で、微量の劣化した試料でも機能する。

1つしか持っていないものを大量に必要とするときは、それを収穫しようとするのではなく、1回ごとに量を倍にするループを構築せよ。そうすれば指数関数的成長がほぼすべての仕事をしてくれる。

PCRは分子生物学の基盤となり、マリスに1993年のノーベル賞をもたらし、およそ20億ドルのロイヤルティを生み出した。Cetusは特許を取得して広くライセンスし、現在ではDNA診断、法医学、ゲノミクス、パンデミック検査を支えている。