Полимеразна верижна реакция (PCR) е метод на молекулярната биология, който ви позволява да откриете малки количества дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) в биологичния материал, по-точно определени фрагменти от него, и да ги умножите многократно. След това те се идентифицират визуално чрез гел електрофореза. Реакцията е разработена през 1983 г. от К. Мълис и е включена в списъка с изключителни открития от последните години.
Какви са механизмите на PCR
Цялата техника се основава на способността на нуклеиновите киселини да се самовъзпроизвеждат, което в този случай се извършва изкуствено в лаборатория. Възпроизвеждането на ДНК може да не започне в нито един регион на молекулата, а само в области с определена нуклеотидна последователност – изходни фрагменти. За да започне полимеразната верижна реакция, са необходими праймери (или ДНК сонди). Това са къси фрагменти от ДНК верига с дадена нуклеотидна последователност. Те са комплементарни (т.е. съответстват) на началните региони на ДНК на пробата.
Разбира се, за да създадат праймери, учените трябва да проучат нуклеотидната последователност на нуклеиновата киселина, участваща в техниката. Именно тези ДНК сонди осигуряват специфичността на реакцията и нейното иницииране. Полимеразната верижна реакция няма да протече, ако в пробата не се намери поне една молекула от желаната ДНК. Като цяло, горните праймери, набор от нуклеотиди, топлоустойчива ДНК полимераза са необходими за протичането на реакцията. Последният е ензим - катализатор за синтеза на нови молекули нуклеинова киселина на базата на пробата. Всички тези вещества, включително биологичния материал, в който е необходимо да се открие ДНК, се комбинират в реакционна смес (разтвор). Поставя се в специален термостат, който извършва много бързо нагряване и охлаждане за определено време - цикъл. Обикновено има 30-50.
Как работи тази реакция
Същността му се крие във факта, че по време на един цикъл праймерите се прикрепят към желаните участъци от ДНК, след което се удвоява под действието на ензима. Въз основа на получените ДНК вериги, нови и нови идентични фрагменти от молекулата се синтезират в следващите цикли.
Полимеразната верижна реакция протича последователно, като се разграничават следващите й етапи. Първият се характеризира с удвояване на количеството на продукта по време на всеки цикъл на нагряване и охлаждане. Във втория етап реакцията се забавя, тъй като ензимът се уврежда и също губи активност. Освен това запасите от нуклеотиди и праймери се изчерпват. На последния етап - плато - продуктите вече не се натрупват,защото реагентите са изтекли.
Къде се използва
Несъмнено полимеразната верижна реакция намира най-широко приложение в медицината и науката. Използва се в общата и частната биология, ветеринарната медицина, фармацията и дори екологията. Нещо повече, в последните те правят това, за да следят качеството на хранителните продукти и обектите на околната среда. Полимеразната верижна реакция се използва активно в съдебната практика за потвърждаване на бащинството и идентифициране на лице. В криминалистиката, както и в палеонтологията, тази техника често е единственият изход, тъй като обикновено има много малко ДНК за изследване. Разбира се, методът е намерил много широко приложение в практическата медицина. Необходим е в области като генетика, инфекциозни заболявания и онкологични заболявания.
