ポリメラーゼ連鎖反応とは何ですか？

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、酵素を使用してデオキシリボ核酸（DNA）鎖の一部を大量複製し、目的の遺伝子の検索などの分析を容易にします。 核連鎖反応と同様に、ポリメラーゼ連鎖反応は指数関数的なプロセスであり、反応を維持するための原料が利用できる限り進行します。 自然界のDNA複製とは対照的に、ポリメラーゼ連鎖反応はかなり小さいDNA断片のみを複製でき、上限は約2〜3キロ塩基対（kb）です。 ポリメラーゼ連鎖反応は、無生物の酵素を使用してその複製効果を達成し、活性な生物を使用する他のコピー手法と区別します。

現代のポリメラーゼ連鎖反応には、動作する6つの基本コンポーネントが必要です：コピーするDNAセグメント、セグメントを区切るプライマー、コピーを行うTaqポリメラーゼ、原料として機能するDNAヌクレオチド、化学バッファー環境、サーマルと呼ばれるマシンサイクラー。 サーマルサイクラーは、多くの場合、複数のポリメラーゼ連鎖反応を備えた複数の試験管を保持し、各試験管は15〜100マイクロリットル、1立方ミリメートル以下の水を保持します。 約100ナノグラムのDNA塩基が使用されます。

ポリメラーゼ連鎖反応の重要な成分であるTaqポリメラーゼは、深海の熱に生息する熱水バクテリアThermus aquaticusから抽出されます。 コピーには適していますが、完全ではありませんが、約800万塩基対ごとにエラーが発生します。 Taqポリメラーゼの前は、他のポリメラーゼが使用されていましたが、それらの多くは、反応を開始するために必要な温度で故障しました。 加熱サイクルは複雑ですが、温度が沸点に至るまでほぼ短時間であるため、ポリメラーゼの耐久性が不可欠です。

ポリメラーゼ連鎖反応の基本的な手順は次のとおりです。 すべての成分は、通常200マイクログラムの容量の小さなバイアルで一緒に混合されます。 混合物を沸点近くまで加熱して、二本鎖DNAの水素結合を切断し、コピーしやすい一本鎖を作成します。 これは変性と呼ばれます。 コピーされる鎖が長いほど、変性プロセスが長く続きます。

ポリメラーゼ連鎖反応の次のステップはアニーリングと呼ばれます。 特注の短いDNA鎖であるプライマーは、コピーするセグメントの最初と最後の部位に結合するように特別に設計されています。 プライマーの設計が間違っていたり、この段階で温度が間違っていたりすると、プライマーがDNAにランダムに結合し、誤ったセグメントコピーが生じます。 ほとんどのプライマーは、沸点までの約3分の2で溶け、1〜2分のプロセスであるアニーリングがこの温度より数度下で起こります。

ポリメラーゼ連鎖反応の最後のステップは、 伸長および最終伸長と呼ばれます。 これは魔法が起こるところです。 ポリメラーゼはDNAセグメントを迅速にコピーし、数分で数百万のコピーを作成します。 通常、サイクルは前のすべてのステップで構成され、約20〜30回繰り返されます。

結果はコピーされたDNAの束です。 ポリメラーゼ連鎖反応には、父性検査、遺伝的欠陥またはウイルスDNAの有無の判定、遺伝子のクローニング、特定の突然変異の導入、絶滅種または死者のDNAの分析、犯罪現場など。