Qu'est-ce qu'une réaction en chaîne à la polymérase?
La réaction en chaîne de la polymérase (PCR) utilise des enzymes pour répliquer en masse une partie d'un brin d'acide désoxyribonucléique (ADN) afin de faciliter l'analyse, telle que la recherche de gènes d'intérêt. Comme la réaction en chaîne nucléaire, la réaction en chaîne par polymérase est un processus exponentiel qui se déroule tant que les matières premières nécessaires au maintien de la réaction sont disponibles. Contrairement à la réplication de l'ADN dans le monde naturel, la réaction en chaîne avec une polymérase ne peut reproduire que de petits morceaux d'ADN, avec un plafond d'environ 2 à 3 kilo paires de bases (kb). Une réaction en chaîne de la polymérase utilise des enzymes inanimées pour obtenir son effet de réplication, ce qui la distingue des autres méthodes de copie utilisant des organismes actifs.
Une réaction en chaîne de la polymérase moderne nécessite six composants de base: le segment d’ADN à copier, des amorces pour délimiter le segment, la polymérase Taq pour la copie, des nucléotides d’ADN servant de matière première, un environnement tampon chimique et une machine cycleur. Le thermocycleur contient souvent plusieurs tubes à essai avec de multiples réactions en chaîne de la polymérase, chacune contenant de 15 à 100 microlitres, des valeurs d'un peu moins d'un millimètre cube d'eau. Une centaine de nanogrammes d’ADN de base sont utilisés.
La Taq polymérase, l’ingrédient clé d’une réaction en chaîne par polymérase, est extraite d’une bactérie des profondeurs de la mer, Thermus aquaticus . Cela fonctionne bien pour la copie, mais pas parfaitement, en faisant une erreur environ une fois tous les 8 millions de paires de bases. Avant la Taq polymérase, d'autres polymérases étaient utilisées, mais beaucoup d'entre elles se sont décomposées aux températures nécessaires pour que la réaction puisse commencer. Le cycle de chauffage est compliqué, mais il inclut des températures brièvement allant jusqu’au point d’ébullition. La durabilité de la polymérase est donc essentielle.
Les étapes de base de la réaction en chaîne de la polymérase sont les suivantes. Tous les ingrédients sont mélangés dans un petit flacon, généralement avec un volume de 200 microgrammes. Le mélange est chauffé à un point proche de l'ébullition pour rompre les liaisons hydrogène dans l'ADN à deux brins, créant ainsi des brins simples susceptibles d'être copiés. C'est ce qu'on appelle la dénaturation . Plus le brin à copier est long, plus le processus de dénaturation dure longtemps.
La prochaine étape de la réaction en chaîne de la polymérase est appelée recuit . Les amorces, qui sont des brins d'ADN courts fabriqués sur mesure, sont spécifiquement conçues pour se lier aux sites au début et à la fin du segment à copier. Si les amorces sont mal conçues ou si la température à ce stade est incorrecte, l’amorce se liera aléatoirement à l’ADN, ce qui produira une copie de segment erronée. La plupart des amorces fondent environ aux deux tiers du point d'ébullition et le recuit, qui dure 1 à 2 minutes, a lieu à quelques degrés au-dessous.
Les dernières étapes de la réaction en chaîne de la polymérase sont appelées extension et extension finale . C'est là que se passe la magie. La polymérase copie rapidement le segment d'ADN, créant des millions et des millions de copies en quelques minutes. Habituellement, un cycle comprend toutes les étapes précédentes répétées environ vingt ou trente fois.
Le résultat est un tas d'ADN copié. Les réactions en chaîne de la polymérase ont diverses utilisations, notamment le test de paternité, la détermination de la présence ou de l'absence d'un défaut génétique ou de l'ADN viral, le clonage d'un gène, l'introduction de mutations spécifiques, l'analyse de l'ADN d'espèces disparues ou de personnes décédées, la "prise d'empreinte génétique" au niveau de la scène de crime, et plus.