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정식 이름은 Kary Banks Mullis. 1993년 디옥시리보핵산(DNA)의 특유한 확장이 몇 시간 안에 수십억 배를 복제하게 한다는 단일 기술인 중합효소 연쇄반응 (PCR)을 고안함으로써 노벨 화학상을 공동수상했다.

1973년에 버클리에 있는 캘리포니아 대학교에서 생화학 박사학위를 받은 후에, 멀리스는 여러 대학에서 연구직을 수행했다. 1979년에 그는 캘리포니아 생명공학 회사인 세투스에 들어갔다. 그곳에서 그는 그에게 수상의 영광을 안겨 준 연구를 했다.

1986년부터 1988년까지 그는 캘리포니아 샌디에고에 있는 기업인 지트로닉스(Xytronyx)사에서 근무했다. 그 이후에는 프리랜서 상담 고문으로 일했다.

멀리스는 1983년에 중합효소 연쇄반응(PCR)을 발전시켰다. 연구를 위해 충분한 수량으로 디오시리보핵산(DNA)의 특유한 결과를 얻기 위한 초기의 방법들은 어려웠고, 시간이 걸리고 비용이 많이 들었다. 중합효소 연쇄반응(PCR)은 다음의 4가지 성분들을 사용한다.

주형 DNA로 불리는 복제된 이중나선 구조의 DNA 부분, 두 개의 합성유전자의 프라이머(시발점. 단일나선 구조 DNA의 짧은 부분들. 각 부분들은 주형 DNA의 선들 중 한 가닥에 짧은 연쇄의 상보성이 있다), DNA를 구성하고 있는 화학적 기초 요소인 뉴클레오티드, 그리고 정확한 순서로 자유로운 뉴클레오티드를 결합하며 주형 DNA를 복제하는 중합(폴리메라아제) 효소가 그 성분들이다. 이 성분들에 열을 가해 주면 주형 DNA는 이중 나선으로 나누어지게 된다. 혼합물이 차가워지면 프라이머는 주형 나선의 상보적인 부분에 달라붙게 된다. 그러면 중합 효소가 이중나선 구조 DNA의 분자 두 개를 생산하는 프라이머의 끝 부분에 뉴클레오티드를 첨가함으로써 주형 나선의 복제를 시작할 수 있다. 이러한 순환의 반복은 DNA의 수량을 실질적으로 증가시킨다. 한 번에 겨우 몇 분 정도밖에 걸리지 않는 순환을 30번 정도 반복하면 본래의 DNA 숫자에서 10억 개 이상의 복제를 생산할 것이다.

중합효소 연쇄반응은 매우 방대하게 적용할 수 있다. 의학적인 진단에서 볼 때 그 기술은 유전 물질의 아주 작은 표본으로부터 직접적으로 박테리아나 바이러스의 전염을 야기시키는 동인을 구분하는 것이 가능하게 한다. 그것은 또한 겸상 적혈구 빈혈증과 헌팅턴 무도병과 같은 유전 질환 환자들을 치료하기 위해 사용되었다.

진화생물학자들은 고대의 종들의 화석으로부터 추출한 미세한 양의 DNA를 연구하기 위해서 PCR을 사용했다. 그리고 법과학자들은 그것을 범죄 장면에서 남은 혈흔, 정액, 또는 머리카락의 가닥들을 통해 범죄 용의자나 희생자들을 구별하기 위해 사용했다. 그 기술은 또한 유전자 배열에 중요한 도구였다.