تفاعل البلمرة المتسلسل

تم تطوير PCR في عام 1983 من قبل Kary B. Mullis ، عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي الذي فاز بجائزة نوبل للكيمياء في عام 1993 لاختراعه. قبل تطوير PCR ، كانت الأساليب المستخدمة لتضخيم أو توليد نسخ من شظايا الحمض النووي المؤتلف تستهلك الكثير من الوقت وتستهلك عمالة كثيفة. في المقابل ، يمكن للآلة المصممة لتنفيذ تفاعلات PCR أن تكمل العديد من جولات التكرار ، وتنتج مليارات النسخ من شظايا الحمض النووي ، في غضون ساعات قليلة فقط.

تعتمد تقنية PCR على العمليات الطبيعية التي تستخدمها الخلية لتكرار خيط DNA جديد. هناك حاجة فقط إلى عدد قليل من المكونات البيولوجية ل PCR. المكون المتكامل هو قالب DNA – أي الحمض النووي الذي يحتوي على المنطقة المراد نسخها ، مثل الجين. أقل من جزيء واحد من الحمض النووي يمكن أن يكون بمثابة قالب. المعلومات الوحيدة اللازمة لتكرار هذا الجزء هي تسلسل منطقتين قصيرتين من النيوكليوتيدات (الوحدات الفرعية للحمض النووي) في كلا طرفي المنطقة ذات الاهتمام. يجب أن يكون هذان التسلسلان للقالب القصير معروفين حتى يتسنى لهما يمكن تصنيع الاشعال – امتدادات قصيرة من النيوكليوتيدات التي تتوافق مع تسلسل القوالب -. ترتبط الأشكال الأولية ، أو تصلب ، بالقالب في مواقعها التكميلية وتعمل كنقطة انطلاق للنسخ. يتم توجيه تخليق الحمض النووي في التمهيدي نحو الآخر ، مما يؤدي إلى تكرار تسلسل التدخل المطلوب. هناك حاجة أيضًا إلى استخدام النيوكليوتيدات الحرة في بناء مسارات الحمض النووي الجديدة وبوليمرات الحمض النووي ، وهو إنزيم يقوم بالبناء عن طريق إضافة النيوكليوتيدات الحرة بالتسلسل وفقًا لتعليمات النموذج.

PCR هي عملية من ثلاث خطوات يتم تنفيذها في دورات متكررة. الخطوة الأولى هي تمسخ ، أو فصل ، من شقين من جزيء الحمض النووي. يتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين مادة البدء إلى درجات حرارة حوالي 95 درجة مئوية (203 درجة فهرنهايت). كل حبلا هو قالب مبني عليه حبلا جديد. في الخطوة الثانية ، يتم تخفيض درجة الحرارة إلى حوالي 55 درجة مئوية (131 درجة فهرنهايت) بحيث يمكن للطلاء الصلب أن يصلب إلى القالب. في الخطوة الثالثة ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 72 درجة مئوية (162 درجة فهرنهايت) ، ويبدأ بوليميريز الحمض النووي في إضافة النيوكليوتيدات إلى نهايات الاشعال الصلبة. في نهاية الدورة ، التي تستغرق حوالي خمس دقائق ، ترتفع درجة الحرارة وتبدأ العملية مرة أخرى. يتضاعف عدد النسخ بعد كل دورة. عادة ما تنتج 25 إلى 30 دورة كمية كافية من الحمض النووي.

في إجراء PCR الأصلي ، كانت هناك مشكلة تتمثل في أنه يجب تجديد بوليميريز الحمض النووي بعد كل دورة لأنه غير مستقر في درجات الحرارة العالية اللازمة للتسخين. تم حل هذه المشكلة في عام 1987 مع اكتشاف بوليميريز الحمض النووي المستقر للحرارة طق، انزيم معزول عن بكتيريا المحبة للحرارة ثيرموس أكواتيكوسالتي تسكن الينابيع الحارة. طق أدى البوليميريز أيضًا إلى اختراع جهاز PCR.

لأنه يمكن تضخيم الحمض النووي من مجموعة واسعة من المصادر ، تم تطبيق هذه التقنية على العديد من المجالات. يستخدم PCR ل تشخيص المرض الوراثي والكشف عن مستويات منخفضة من العدوى الفيروسية. في الطب الشرعي ، يتم استخدامه لتحليل آثار دقيقة من الدم والأنسجة الأخرى من أجل التعرف على المتبرع من خلال “بصمة إصبعه الجينية”. الماموث الصوفي المجمد أو البالغ من العمر 7500 عام والموجود في مستنقع الخث.