home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 081291 / 0812300.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1995-02-26  |  8.9 KB  |  179 lines

  1. <text id=91TT1792>
  2. <title>
  3. Aug. 12, 1991: Ultimate Gene Machine
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1991               
  7. Aug. 12, 1991  Busybodies & Crybabies                
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 54
  13. Ultimate Gene Machine
  14. </hdr><body>
  15. <p>A method of multiplying DNA is revolutionizing medical diagnosis,
  16. speeding forensic work and solving old mysteries
  17. </p>
  18. <p>By J. Madeleine Nash/Chicago--With reporting by Anne Constable/
  19. London and Andrew Purvis/New York
  20. </p>
  21. <p>     Imagine an amplifier powerful enough to convert the
  22. inaudible whir of butterfly wings into a mighty roar. That's
  23. what a new tool called PCR routinely does to the most
  24. infinitesimal snippets of DNA, the molecule that carries the
  25. genetic blueprint for all living things. Within the space of a
  26. few hours, an unprepossessing aluminum box stuffed with test
  27. tubes can create a billion copies of what started out as a
  28. single strip of DNA. A dividing cancer cell would take at least
  29. a month to perform the same stupendous feat. "This technique,"
  30. marvels Dr. Harley Rotbart, a microbiologist at the University
  31. of Colorado School of Medicine, "can reproduce genetic material
  32. even more efficiently than nature."
  33. </p>
  34. <p>     PCR stands for polymerase chain reaction, polymerase being
  35. the enzyme that triggers the replication of DNA inside dividing
  36. cells. All PCR does is reproduce, in a test tube, this basic
  37. biological process, turning it into a chain reaction that can be
  38. endlessly repeated by having a machine alternately raise and
  39. lower the temperature in the test tube. "The beauty of PCR is
  40. that it's technically so simple," observes cell biologist Peter
  41. Parham of Stanford University.
  42. </p>
  43. <p>     Since the first working machine was developed six years
  44. ago by a team of Cetus Corp. researchers, including biochemist
  45. Kary Mullis, PCR has enabled researchers to study even the
  46. faintest, most fragmentary traces of DNA found in specks of
  47. dried blood, strands of hair, chips of bone. In the journal
  48. Nature last week, for example, a team of British researchers
  49. recounted how they successfully identified a teenage murder
  50. victim from skeletal remains eight years old. First they
  51. extracted DNA from bone cells in the dead girl's femur. Then
  52. they obtained DNA from blood samples donated by the couple
  53. believed to be her parents. Using a PCR machine as their
  54. microscope, they went on to magnify and examine the unique
  55. genetic markers the dead girl shared with her parents. The
  56. evidence helped to convict two men of the crime earlier this
  57. year.
  58. </p>
  59. <p>     To date, PCR has been used to compare the DNA of extinct
  60. animals with their closest living relatives. It has assisted the
  61. U.S. military in identifying the remains of soldiers who died
  62. during Operation Desert Storm. It is beginning to help
  63. physicians detect small numbers of cancer cells circulating in
  64. the bloodstream and make prenatal diagnoses of genetic diseases
  65. such as sickle-cell anemia, as well as ensure better matches
  66. between organ donors and transplant recipients.
  67. </p>
  68. <p>     PCR may also soon aid scientists in solving a number of
  69. historical mysteries. Among them: whether the man who drowned
  70. in Argentina in 1979 really was Nazi war criminal Dr. Josef
  71. Mengele, and whether Abraham Lincoln suffered from Marfan's
  72. syndrome, an inherited disease characterized by gangly limbs,
  73. poor eyesight and a weak heart. "The applications of this
  74. technology are literally as wide as your imagination!" exclaims
  75. University of Virginia geneticist Dr. Thaddeus Kelly.
  76. </p>
  77. <p>     Among the areas where PCR is starting to make important
  78. inroads:
  79. </p>
  80. <p>     MEDICAL DIAGNOSTICS. Already PCR has begun to help
  81. physicians determine which babies born to AIDS-infected mothers
  82. also harbor the virus. Since all newborns carry their mother's
  83. antibodies whether or not they are actually infected, standard
  84. antibody tests are inconclusive. PCR, however, can home in on
  85. the minute quantities of viral DNA that may be present in only
  86. 1 out of 100,000 cells. A positive diagnosis means the baby can
  87. immediately begin therapy with AZT.
  88. </p>
  89. <p>     PCR-based diagnostic tests are also under development for
  90. Lyme disease, tuberculosis and viral meningitis. Present tests
  91. for tuberculosis, which involve culturing and growing the
  92. bacteria, take up to a month to confirm a diagnosis. PCR can do
  93. the job in a few hours. Current tests are unable to distinguish
  94. viral meningitis quickly from the far more dangerous bacterial
  95. form of the disease, which is most common in infancy. As a
  96. result, all babies found to have meningitis are treated as if
  97. they had the more lethal form. With a PCR diagnosis, those with
  98. viral meningitis could be spared unnecessary hospitalization and
  99. medication. "There is a big financial saving, a big emotional
  100. saving, and substantial reduction in risk to the baby," says
  101. Colorado's Rotbart, who is helping to develop the test.
  102. </p>
  103. <p>     FORENSIC SCIENCE. Amplified by PCR, the DNA in a single
  104. sperm cell can link a suspect to a rape victim. Theoretically,
  105. a single epithelial cell found in saliva can be traced back to
  106. the person who, say, licked a stamp on a letter bomb. In
  107. California's San Mateo County, charges against a man arrested
  108. and jailed for a brutal rape were dropped in 1988 after a PCR
  109. test showed he could not have been the attacker. A year later
  110. another man was arrested in another rape case. Not only did a
  111. DNA marker make him a suspect in the unsolved rape, but the
  112. victim's jewelry was found in his girlfriend's possession and
  113. his fingerprint matched one found on the victim's car. Result:
  114. a conviction.
  115. </p>
  116. <p>     EVOLUTIONARY BIOLOGY. Thanks to PCR, it is now possible to
  117. extract badly degraded DNA sequences from ancient sources and
  118. enlarge them like photographic prints. Thus far, PCR has been
  119. used to examine minuscule fragments of DNA taken from the brain
  120. cells of humans buried 8,000 years ago in a Florida bog.
  121. Analysis of such DNA can shed light on the emigration patterns
  122. of ancient peoples and perhaps some of the diseases that
  123. afflicted them. The technique has also been used to examine DNA
  124. from animal skins in natural-history museums and from the frozen
  125. remains of woolly mammoths. Among the unresolved questions that
  126. PCR may eventually shed light on is whether the Neanderthals
  127. were an unsuccessful offshoot of the evolutionary tree or the
  128. direct ancestors of modern humans. It may also be able to
  129. unravel the mystery of what happened to the ancient Celts, who
  130. once populated most of Western Europe. "Now," says University
  131. of Leicester geneticist Alec Jeffreys, "there is a genetic time
  132. machine for looking back into the past."
  133. </p>
  134. <p>     Sometimes PCR is compared to a computer that speedily
  135. executes the most complex calculations. But its significance far
  136. exceeds a simple increase in efficiency and productivity. Like
  137. the radio telescope and the electron microscope, it represents
  138. an advance of a fundamental nature. Before PCR, scientists could
  139. not consider analyzing the DNA contained in a single cell, much
  140. less the degraded DNA recovered from dried blood or old bones.
  141. PCR, says Dr. Barry Eisenstein, chairman of the Department of
  142. Microbiology at the University of Michigan Medical School, "is
  143. enabling us to answer questions we only dreamed of five years
  144. ago."
  145. </p>
  146. <p>     Ironically, the technology's biggest virtue is also its
  147. major drawback: it is so sensitive to tiny bits of DNA that even
  148. the most minute contamination of laboratory samples can lead to
  149. false results. This sometimes vexing problem, however, has not
  150. stopped the flow of creative and occasionally wild ideas about
  151. PCR's applications. Researchers at Hoffmann-La Roche Inc.,
  152. which recently agreed to pay Cetus $300 million for the rights
  153. to PCR, are interested in developing a whole series of DNA
  154. identification tags. To foil counterfeiting, for instance,
  155. everything from paper currency to designer jeans and compact
  156. discs might be laced with DNA markers. Oil carried in tankers
  157. and toxic chemicals carried in trucks might similarly be
  158. "branded" by molecules of synthetic DNA. With PCR, a spill of
  159. unknown origin could then be traced back to the responsible
  160. party.
  161. </p>
  162. <p>     Like many, Arthur Caplan, director of the Center for
  163. Biomedical Ethics at the University of Minnesota, believes that
  164. PCR will revolutionize everything from medicine and biology to
  165. anthropology and history. It is a prospect he finds both
  166. exhilarating and disturbing. Technically, it would be possible,
  167. by examining DNA samples from the descendants of Thomas
  168. Jefferson and those of his slave Sally Hemings, to determine
  169. once and for all whether Jefferson, as rumored, fathered some
  170. of Hemings' children. Would this be an appropriate use of the
  171. new technology? "Let me put it this way," says Caplan. "Because
  172. of PCR, I'm not worried about going out of the bioethics
  173. business anytime soon."
  174. </p>
  175.  
  176. </body></article>
  177. </text>
  178.  
  179.