Jak schwytać mordercę, czy poznać bliżej mamuta – czyli o reakcji PCR

PCR – czyli reakcja łańcuchowej polimerazy ( z ang. polymerase chain reaction), to reakcja pozwalająca na powielenie nawet malutkiej ilości DNA. Dzięki niej możemy uzyskać wystarczającą ilość kopii materiału genetycznego, aby przeprowadzić na nim rozmaite analizy. Polega ona na wielokrotnym ogrzewaniu i oziębianiu próbki. Urządzenie zapewniające odpowiednie temperatury w powtarzających się cyklach nazywamy termocyklem.

Technikę PCR odkrył w 1983 roku amerykański biochemik Kary Mullis. Dziesięć lat później otrzymał za to odkrycie najwyższe wyróżnienie – nagrodę Nobla. Co ciekawe ów Pan twierdzi, że swoje odkrycie zawdzięcza eksperymentowaniu z LSD. W jednym z wywiadów przyznał, że prawdopodobnie gdyby nie ta halucynogenna substancja, nigdy nie wpadł by na pomysł, który zrewolucjonizował współczesną medycynę i naukę. 

Jakie są składniki reakcji PCR?

• Matrycowy DNA – czyli fragment materiału genetycznego jaki chcemy powielić,
• Mieszanka czterech nukleotydów, które służą do budowy powielanych fragmentów DNA,
• Startery (tzw. primery) – krótkie odcinki DNA komplementarne do obu końców interesującego nas genu (matrycy), 
• Polimerazę DNA odporną na działanie wysokich temperatur np. polimeraza Taq wyizolowana z bakterii Thermus aquaticus, 
• Dwuwartościowe jony, które są niezbędne do prawidłowego działania enzymu – polimerazy DNA, 
• Bufor reakcyjny – zapewnia odpowiednie pH.

 

Etapy reakcji PCR

1. Denaturacja: ogrzewanie próbki do ok. 95 stopni w celu rozplecenia podwójnej helisy DNA. Zwykle trwa 15-45 sekund. Wstępna denaturacja przed rozpoczęciem szeregu cykli reakcji PCR zwykle wynosi 3-5minut.
2. Przyłączanie odcinków starterowych tzw. annealing. Zachodzi w temperaturze 45 – 65 stopni i trwa około minuty. 
3. Elongacja – czyli wydłużanie starterów – synteza komplementarnego do matrycy DNA. Następuje podwyższenie temperatury do około 75 stopni. Trwa przeciętnie 30-40 sekund.

 

Schwytać przestępcę, poznać genom mamuta – czyli zastosowania reakcji PCR

Reakcja łańcuchowej polimerazy ma bardzo szeroki wachlarz zastosowań. W
kryminalistyce pozwala na analizę bardzo małych ilości DNA
pozostawionych na miejscach zbrodni, co pozwala schwytać przestępcę w
szybkim tempie. Dzięki takim badaniom DNA udało się między innymi
schwytać seryjnego gwałciciela z Kielc. Inne zastosowania reakcji PCR to
szeroko pojęta diagnostyka medyczna – od chorób pasożytniczych,
przenoszonych drogą płciową – po markery nowotworowe, które pozwalają w
pewnym stopniu przewidzieć ryzyko zachorowania. 

Dzięki reakcji PCR możliwe jest również sekwencjonowanie czy klonowanie genów. Zastosowanie znajduje także w genealogii i paleontologii. To z pomocą reakcji PCR udało się zsekwencjonować mitochondrialne DNA mamuta, zachowane przez około 32 tysiące lat! Tak więc jak widzimy osiągnięcia Pana Mullisa nie poszły na marne. Nawet jeśli do ich odkrycia przyczyniło się LSD:).