Kas ir PCR un kāpēc tas ir svarīgi?

PCR jeb polimerāzes ķēdes reakcija ir paņēmiens, ko izmanto DNS sekvenču pastiprināšanai.Pirmo reizi to astoņdesmitajos gados izstrādāja Karijs Mulliss, kuram par savu darbu 1993. gadā tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā.PCR ir radījis revolūciju molekulārajā bioloģijā, ļaujot pētniekiem pastiprināt DNS no maziem paraugiem un to detalizēti izpētīt.

PCR ir trīspakāpju process, kas notiek termiskajā ciklerā, mašīnā, kas var ātri mainīt reakcijas maisījuma temperatūru.Trīs soļi ir denaturācija, atkausēšana un pagarināšana.
 
Pirmajā solī, denaturācijā, divpavedienu DNS uzkarsē līdz augstai temperatūrai (parasti aptuveni 95°C), lai pārrautu ūdeņraža saites, kas satur kopā abas virknes.Tā rezultātā veidojas divas vienpavedienu DNS molekulas.
 
Otrajā solī, atkausējot, temperatūra tiek pazemināta līdz aptuveni 55 °C, lai ļautu primeriem pievienoties komplementārajām sekvencēm uz vienpavedienu DNS.Praimeri ir īsi DNS gabali, kas ir izstrādāti, lai tie atbilstu interesējošo secību mērķa DNS.
 
Trešajā solī, pagarināšanā, temperatūra tiek paaugstināta līdz aptuveni 72°C, lai Taq polimerāze (DNS polimerāzes veids) varētu sintezēt jaunu DNS virkni no primeriem.Taq polimerāze ir iegūta no baktērijas, kas dzīvo karstajos avotos un spēj izturēt augstas temperatūras, ko izmanto PCR.

Pēc viena PCR cikla rezultāts ir divas mērķa DNS sekvences kopijas.Atkārtojot trīs darbības vairākus ciklus (parasti 30–40), mērķa DNS sekvences kopiju skaitu var palielināt eksponenciāli.Tas nozīmē, ka pat niecīgu sākotnējās DNS daudzumu var pastiprināt, lai iegūtu miljoniem vai pat miljardu kopiju.

 
PCR ir daudz pielietojumu pētniecībā un diagnostikā.To izmanto ģenētikā, lai pētītu gēnu un mutāciju funkcijas, kriminālistikā, lai analizētu DNS pierādījumus, infekcijas slimību diagnostikā, lai noteiktu patogēnu klātbūtni, un pirmsdzemdību diagnostikā, lai pārbaudītu ģenētiskos traucējumus auglim.
 
PCR ir arī pielāgots izmantošanai vairākās variācijās, piemēram, kvantitatīvā PCR (qPCR), kas ļauj izmērīt DNS daudzumu, un reversās transkripcijas PCR (RT-PCR), ko var izmantot, lai pastiprinātu RNS sekvences.

Neskatoties uz daudzajiem lietojumiem, PCR ir ierobežojumi.Tam ir nepieciešamas zināšanas par mērķa secību un atbilstošu primeru dizainu, un tas var būt pakļauts kļūdām, ja reakcijas apstākļi nav pareizi optimizēti.Tomēr ar rūpīgu eksperimentālo izstrādi un izpildi PCR joprojām ir viens no spēcīgākajiem instrumentiem molekulārajā bioloģijā.