她的研究促成 PCR 成功商業化，但她什麼都沒得到

張瑞棋
June 9, 2023
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1975 年夏，在辛辛那提大學取得細胞生物學碩士學位的錢嘉韻面臨抉擇：她已獲得獎學金可留校繼續攻讀博士，但未婚夫張南驥還在愛荷華州立大學讀碩士，她應該待在辛辛那提或是轉往愛荷華？

他們倆原是輔仁大學生物系的同班同學，但大學四年期間，張南驥對錢嘉韻的愛慕之心一直藏在心中。1972 年畢業後，張南驥去服兵役，隔年聽聞錢嘉韻到美國留學，便寫信向她請教留學事宜，但實則藉此逐步表達愛意。

錢嘉韻雖然在書信往返中對張南驥頗有好感，但等到他來美國相見時，她反而卻步了，直到張南驥後來又從愛荷華過來找她，兩人談起聖經教義產生共鳴，才打開心房，互訂終身。然而他們若不想分隔兩地，勢必要有一人轉學，錢嘉韻沒考慮太久，便主動表示願意配合張南驥，前往愛荷華州立大學攻讀神經生物學博士。

他們兩人先後取得博士學位後，相偕於 1982 年返台，同在陽明醫學院任教。錢嘉韻專心於神經科學的研究與教學，完全沒有料到幾年之後，她已拋在腦後的碩士論文竟成了改變世界的關鍵環節。

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1983 年 4 月的一個夜晚，在美國生技公司 Cetus （註）任職的生物化學家穆利斯 (Kary Mullis) 開車載著女友前往度假小屋時，突然靈光一閃，想出可以在短時間內大量複製 DNA 特定片段的方法，也就是如今我們所熟知的「聚合酶連鎖反應」(Polymerase Chain Reaction，簡稱 PCR)。不過當他回到公司進行實驗後，卻一直無法獲得預期的擴增效果。第二年公司高層逼迫穆利斯讓另一個小組加入研究，才終於用大腸桿菌中的 DNA 聚合酶做為酵素，成功展現 PCR 的實際成效。

不過 PCR 的第一步要將 DNA 加熱到 95℃，讓纏繞的雙螺旋分開，聚合酶才能以分開的兩條 DNA單鍊為模板，合成出互補的單鍊，使得 DNA 倍增。然而大腸桿菌的 DNA 聚合酶在高溫下即失去活性，因此必須等溫度降至 37 ℃ 才能加進來，於是每倍增一次，就要再重覆一次加熱、降溫、加入酵素的過程。必須如此重覆 30 到 40 次，才能獲得足夠數量的 DNA，但每次都要靠人工操作，費時又費力，使得 PCR 的實用性大打折扣。

如果有耐高溫的 DNA 聚合酶就好了。這樣一開始就可以全放進去，然後讓機器自動調節溫度的變化，三、四十次的倍增過程中完全不用人工作業，大幅提升 PCR 的效率。

於是穆利斯的團隊開始發掘耐熱的菌種，最後在一篇 1976 年發表於《細菌學期刊》(Journal of Bacteriology) 的論文挖到了寶。論文中提到黃石公園的熱泉裡有種水生棲熱菌在 70℃ 的高温下仍能正常繁殖，他們已從中分離出耐高温的 Taq DNA聚合酶 (Taq是用該菌名稱Thermus aquaticus 的字首結合而成)。更棒的是，裡面還詳述分離純化的步驟以及此酵素的相關特性，例如複製 DNA 的最適溫度、最適 pH 值、須用二價鎂離子輔助等等。

於是穆利斯的團隊按論文所述提煉出 Taq 聚合酶後，用來進行 PCR 實驗，結果真的就不用每次都要再添加酵素，不但簡化操作程序，整個連鎖反應也更為穩定。他們於 1988 年發表 PCR 自動化的論文，Cetus 同時將相關技術申請專利（包括純化 Taq 聚合酶的方法），並發明出全自動化的 PCR 儀器。至此世人才真的感受到革命性的 PCR 時代已經降臨；第二年，Taq 聚合酶被《Science》期刊選為「年度風雲分子」(Molecule of the year)，PCR 發明者穆利斯也於 1993 年獲頒諾貝爾化學獎。

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1976 年那篇 Taq DNA聚合酶的論文無疑是促成這一切的關鍵，而其第一作者正是錢嘉韻。不過她當初並未申請專利，因此後來 Cetus 在 1990 年授權 Promega 公司製造 Taq聚合酶，接著在 1991 年以 3 億美元將 PCR 所有專利轉讓給瑞士的羅氏大藥廠，錢嘉韻一毛錢都沒分到。

1992年，羅氏控告 Promega 違約將 Taq 聚合酶賣給其他客戶做 PCR，求償 3 千萬美元。Promega 在法庭中舉出錢嘉韻那篇論文，主張裡面已經詳述純化 Taq 聚合酶的方法，因此 Cetus 當初取得的 Taq 聚合酶專利實屬無效。經過七年的法庭攻防，最後法官在 1999 年判定 Taq 聚合酶專利沒有強制力。不過錢嘉韻婚後的英文名字改冠上夫姓，因此多數人並不知道論文上的 Alice Chien 就是後來的 Alice C. Chang，錢嘉韻仍未獲得應有的知名度。

如果錢嘉韻當初沒有為愛離開辛辛那提大學，繼續這項研究的話，會更早發現可應用於 PCR嗎？她的先生張南驥談到這個話題，便自嘲害她沒拿到諾貝爾獎。但錢嘉韻並不覺得自己離開有很大的損失，畢竟當時分子生物學還在剛開始的階段，沒人能預見後來的應用，她也不可能一直等，等到相關條件都成熟那一天。她反而很高興碩士時的研究能對 PCR 有所貢獻，至於轉換領域，她覺得「上帝引領我走另外一條路，其實也很精采啊！」

註：Cetus 的創辦人之一是發明氣泡室而獲頒 1960 年諾貝爾物理獎的格拉澤（Donald A. Glaser），他的故事請參見〈發明氣泡室的人〉。

參考資料：

DNA, PCR, 諾貝爾獎, 錢嘉韻

她的研究促成 PCR 成功商業化，但她什麼都沒得到