PCR چیست؟

آموزش PCR

واکنش زنجیره ای پلیمراز (Polymerase Chain Reaction) یا همان PCR یکی از مهم ترین تکنیک ها در شاخه های مختلف ژنتیک و بیوتکنولوژی می باشد. این تکنیک جهت مطالعاتی که بر روی اسید های نوکلئیک انجام می شوند توسعه یافته است. دستگاه PCR (پی سی آر) یک سیستم گرم کننده و خنک کننده بوده که عموما با نام ترمال سایکلر نیز شناخته می شود. این دستگاه که عموما با نام ترمال سایکلر (Thermal Cycler) نیز شناخته می شود، با تنظیم دقیق دما و اعمال آن بر روی نمونه مورد نظر، موجب افزایش تعداد کپی های اسید نوکلئیک نمونه می گردد. کلمه ترمال نشان دهنده توانایی تنظیم دما توسط دستگاه و سایکلر به معنای دور های تکرار شونده می باشد. عموما بخشی از تغییرات دمایی به شکل یک الگو به دستگاه معرفی شده و چندین بار تکرار می شوند.

یکی از دلایل ضرورت تکنیک PCR (پی سی آر)، عدم توانایی بررسی نمونه های اسید های نوکلئیک در مقادیر کم توسط انسان می باشد. دستگاه PCR (پی سی آر) با افزایش کپی های DNA یا انواع RNA کمک می کند نمونه ها با سهولت بیشتری قابل بررسی باشند. همیشه زمانی که از یک بافت یا سلول مشخص استخراج DNA یا RNA صورت می پذیرد، میزان آن کم بوده و نیاز به افزایش تعداد کپی ها وجود دارد. البته این روند افزایشی موجب ارائه تکنیک های هوشمندانه دیگری شده که به واسطه آن ها می توان اسید نوکلئیک مورد نظر را توالی یابی کرده و یا جهش های مختلف در آن را تشخیص داد. همچنین این تکنیک در زمینه جرم یابی بسیار گسترش یافته و توسط آن بسیاری از مجهولیات جرم های انجام شده، معلوم گشته است.

بشر برای دستیابی به توانایی ساخت کپی های بیشتر از یک قطعه DNA یا RNA از پروسه چرخه حیات بهره گرفته است. ساده ترین نوع همانند سازی DNA مربوط به پروکاریوت ها و DNA Polymerase lll می باشد. که فقط خود پروتئین DNA Polymerase lll نزدیک به 12 زیرواحد داشته که وظیفه هر کدام متفاوت است. دو زیرواحد به DNA چسبیده و آن ها را جدا از هم نگه می دارند، دو زیرواحد از هر رشته همانند سازی می کنند که یکی از آن ها از رشته الگو و دیگری از رشته پیرو بوده و قطعات اکازاکی را تشکیل می دهند و زیرواحد های دیگر با نقش ها مشخص خود همه باهم کمک به همانند سازی DNA می کنند. البته پروتئین های دیگری علاوه بر DNA Polymerase lll وجود داشته که همگی نقش های مؤثر و کلیدی در فرآیند همانندسازی بازی می کنند.

پروسه همانندسازی DNA حتی در ساده ترین سیستم حیات بسیار پیچیده بوده و پیاده سازی آن در آزمایشگاه تقریباً غیر ممکن می باشد. لذا با مطالعه ساختاری ساختمان اسید های نوکلئیک و رفتار های شیمیایی این بیومولکول، دانشمندان متوجه شدند برخی از نقش های زیرواحد های DNA پلی مراز را می توان با اعمال دما های مختلف به نمونه DNA شبیه سازی کرد. DNA مولکول مقاومی نسبت به دما بوده و به دلیل ساختار مستحکم آن، می توان دمای آن را تا نزدیکی جوش بالا برد بدون آن که ساختارش آسیب ببیند. در تکنیک PCR (پی سی آر) از دما های بالا جهت باز شدن دو رشته DNA و شکسته شدن پیوند های هیدروژنی استفاده می شود و پس از آن که دو رشته از هم جدا شدند، دمای مناسب اتصال پرایمر توسط دستگاه به نمونه داده شده تا پرایمر ها متصل شوند و سپس با ایجاد دمای بهینه عملکرد آنزیم هسته DNA پلی مراز، این آنزیم به رشته DNA متصل شده و همانند سازی را آغاز می کند. این پروسه بسته به نیاز می تواند چندین بار تکرار شود و با هر بار تکرار آن، کپی های DNA به شکل لگاریتمی افزایش پیدا می کنند. هسته DNA پلی مراز که عموما آنزیمی به نام Taq پلیمراز می باشد، همان بخش عملکردی  آنزیم DNA Polymerase lll می باشد که در صورت مساعد بودن تمام شرایط مورد نیاز، عملکرد قرار دادن نوکلئوتید های صحیح را در رو به روی رشته الگو داراست.