PCR چیست و چرا مهم است؟

PCR یا واکنش زنجیره ای پلیمراز، تکنیکی است که برای تکثیر توالی های DNA استفاده می شود.اولین بار در دهه 1980 توسط کری مولیس، که در سال 1993 جایزه نوبل شیمی را برای کارهایش دریافت کرد، توسعه یافت.PCR بیولوژی مولکولی را متحول کرده است و محققان را قادر می سازد DNA را از نمونه های کوچک تکثیر کرده و آن را با جزئیات مطالعه کنند.

PCR یک فرآیند سه مرحله ای است که در یک سیکلر حرارتی انجام می شود، دستگاهی که می تواند به سرعت دمای مخلوط واکنش را تغییر دهد.این سه مرحله عبارتند از دناتوراسیون، بازپخت و گسترش.
 
در مرحله اول، دناتوره سازی، DNA دو رشته ای تا دمای بالا (معمولاً در حدود 95 درجه سانتیگراد) گرم می شود تا پیوندهای هیدروژنی که دو رشته را در کنار هم نگه می دارند شکسته شود.این منجر به دو مولکول DNA تک رشته ای می شود.
 
در مرحله دوم، بازپخت، دما به حدود 55 درجه سانتیگراد کاهش می یابد تا به پرایمرها اجازه دهد تا به توالی های مکمل روی DNA تک رشته ای بازپخت شوند.پرایمرها قطعات کوتاهی از DNA هستند که برای مطابقت با توالی مورد نظر روی DNA هدف طراحی شده اند.
 
در مرحله سوم، گسترش، دما به حدود 72 درجه سانتیگراد افزایش می یابد تا به Taq پلیمراز (نوعی DNA پلیمراز) اجازه دهد تا رشته جدیدی از DNA را از آغازگرها سنتز کند.Taq polymerase از یک باکتری به دست می آید که در چشمه های آب گرم زندگی می کند و قادر به مقاومت در برابر دماهای بالا مورد استفاده در PCR است.

پس از یک سیکل PCR، نتیجه دو کپی از توالی DNA هدف است.با تکرار سه مرحله برای تعدادی چرخه (معمولاً 30-40)، می توان تعداد کپی های توالی DNA هدف را به صورت تصاعدی افزایش داد.این بدان معناست که حتی مقدار کمی از DNA اولیه را می توان برای تولید میلیون ها یا حتی میلیاردها نسخه تقویت کرد.

 
PCR کاربردهای متعددی در تحقیقات و تشخیص دارد.در ژنتیک برای مطالعه عملکرد ژن ها و جهش ها، در پزشکی قانونی برای تجزیه و تحلیل شواهد DNA، در تشخیص بیماری های عفونی برای تشخیص وجود پاتوژن ها، و در تشخیص قبل از تولد برای غربالگری اختلالات ژنتیکی در جنین استفاده می شود.
 
PCR همچنین برای استفاده در تعدادی از تغییرات اقتباس شده است، مانند PCR کمی (qPCR)، که اجازه می دهد تا مقدار DNA اندازه گیری شود و PCR رونویسی معکوس (RT-PCR)، که می تواند برای تقویت توالی های RNA استفاده شود.

با وجود کاربردهای فراوان، PCR محدودیت هایی دارد.این نیاز به دانش توالی هدف و طراحی پرایمرهای مناسب دارد و اگر شرایط واکنش به درستی بهینه نشود، می تواند مستعد خطا باشد.با این حال، با طراحی و اجرای دقیق آزمایشی، PCR یکی از قدرتمندترین ابزارها در زیست شناسی مولکولی است.