PCR은 단순히 가열과 냉각만으로 DNA 한 조각을 복제했다

DNA 단편의 거의 모든 활용, 즉 질병 진단, 유전자 시퀀싱, 개인 식별에는 어떤 시료가 제공하는 것보다 훨씬 많은 사본이 필요하다. 예전에는 박테리아에 클로닝하는 방식이 주력이었지만 느리고 번거로웠기에, 시험관 안에서 원하는 구간을 빠르게 증폭하는 방법은 진정한 상이었다.

멀리스는 1983년 4월 차를 운전하던 중 PCR을 착상했는데, DNA가 열에 의해 분리되고 다시 결합한다는 자신의 지식과 반복 순환 고리라는 발상을 결합한 것이었다. 두 개의 프라이머가 표적의 양쪽을 감싸고, 열에 안정한 중합효소가 이를 복사한다. 가열하면 가닥이 분리되고, 냉각하면 프라이머가 결합하며, 중합효소가 표적을 따라 확장한다. 새 사본도 다시 복사되기 때문에 표적은 매 순환마다 두 배가 된다.

멀리스의 첫 성공 실험은 이를 완성하기 위해 Cetus에 팀이 구성된 후인 1983년 12월에 이루어졌고, 첫 특허 출원은 1985년 3월에 제출되었다. 몇 시간의 열 순환으로 수십억 개의 동일한 사본이 만들어지는데, 이는 진단이나 시퀀싱 판독에 필요한 증폭량과 정확히 일치한다.

교대로 가열하면 표적 DNA 구간이 두 배가 되게 하라

매 순환마다 표적이 두 배가 되면 지수적 증폭이 일어나 한 분자가 몇 시간 만에 수십억 개가 된다.

두 개의 프라이머가 원하는 구간의 양쪽을 감싸므로 전체 게놈이 아니라 그 구간만 복사된다.

살아 있는 세포가 필요 없어 빠르고 저렴하며, 미량의 손상된 시료에도 작동한다.

하나밖에 없는 무언가가 많이 필요할 때는 그것을 수확하려 하지 말고, 매번 양이 두 배가 되는 순환 고리를 만들어라. 그러면 지수적 성장이 거의 모든 일을 해낸다.

PCR은 분자생물학의 토대가 되었고, 멀리스에게 1993년 노벨상을 안겼으며, 약 20억 달러의 로열티를 창출했다. Cetus는 이를 특허화하고 폭넓게 라이선스했으며, 현재 PCR은 DNA 진단, 법의학, 유전체학, 팬데믹 검사의 기반이 되고 있다.