Polymerázová řetězová reakce

Polymerázová řetězová reakce (PCR, anglicky polymerase chain reaction) je metoda rychlého a snadného zmnožení úseku DNA založená na principu replikace nukleových kyselin. Úseky DNA, které se mají namnožit (amplifikovat), musí být ohraničeny na začátku a na konci tzv. primery (krátkými oligonukleotidy DNA). PCR slouží k vytvoření až mnoha milionů exaktních kopií vzorového fragmentu DNA o maximální délce 10 tisíc nukleotidů (v některých případech bylo dosaženo délky až 40 tisíc[1]), což umožňuje provést analýzu DNA i z velmi malého vzorku. K syntéze nového vlákna DNA se používá nejčastěji termostabilní DNA polymeráza bakterie Thermus aquaticus, odtud označení Taq polymeráza. PCR probíhá v zařízení zvaném termocykler, které je zkonstruováno tak, aby dokázalo během několika sekund zvýšit nebo snížit teplotu o několik desítek stupňů Celsia.

Schéma PCR

Metody se využívá nejenom k vědeckým potřebám, ale dnes již běžně k laboratorní diagnostice některých dědičných a infekčních nemocí, dále ke kontrole potravin, pro zjišťování přítomnosti geneticky modifikovaných surovin v nich nebo pro účely identifikace osob v kriminalistice či genetické genealogii.

Výsledkem PCR je obrovské množství kopií původní sekvence DNA. Metoda je tak citlivá, že dokáže odhalit i jedinou molekulu DNA ve vzorku.

Postup

PCR sestává z několika kroků.

  1. Denaturace – DNA se po dobu 20–30 sekund zahřívá na teplotu 94–98 °C. Při této teplotě dochází k rozrušení vodíkových můstků v molekule DNA a k rozvolnění dvoušroubovice. Vzniká tak jednovláknová DNA, na kterou mohou v dalším kroku nasednout primery.
  2. Nasednutí primerů – teplota se sníží na 50–65 °C, což umožňuje nasednutí primerů na specifická místa DNA. Na dvouvláknové úseky DNA-primer se váže DNA polymeráza.
  3. Syntéza DNA – teplota použitá v této fázi závisí na použité DNA polymeráze. Nejběžnější Taq polymeráza má optimum aktivity na 75–80 °C. V tomto kroku dochází k samotné syntéze DNA. Ve směru od 5' konce ke 3' konci přirůstá vlákno DNA komplementární k původní molekule DNA.

Tyto kroky se cyklicky opakují, pro dostatečnou amplifikaci původní molekuly DNA obvykle postačuje 30 cyklů. V případě, že na začátku byla ve vzorku pouze jediná molekula DNA, po 32 cyklech teoreticky dostaneme až 1 miliardu nasyntetizovaných molekul DNA.

Využití
  • Namnožení konkrétního úseku DNA pro další biotechnologické metody, jako je:
  • Kvantifikace množství cílové sekvence v celém vzorku (qPCR)
  • Analýza genové exprese (RT-PCR)
  • Vnášení mutací do vzorků
  • Identifikace dědičných chorob
  • Jednoznačná identifikace osob metodou genetické daktyloskopie
  • Diagnostika infekčních nemocí
    • Zjištění přítomnosti úseku genetické informace DNA nebo RNA (např. pro zjištění virové nebo bakteriální nákazy),[2] tzv. test PCR.

Objev PCR

Metodu PCR vyvinul roku 1983 Kary Mullis,[3] v době, kdy pracoval jako vědec pro společnost Cetus Corporation. Svůj objev popisuje tak, že během cesty po dálnici 128 ze San Francisca do Mendocino County[4] ho náhle polymerázová řetězová reakce napadla tak jasně, jako by ji měl v hlavě nakreslenou na tabuli. Od Cetusu za tento nápad obdržel bonus ve výši 10 000 dolarů, přičemž firma technologii později prodala firmě Roche za 300 milionů dolarů. Mullis sám za vynález PCR obdržel v roce 1993, deset let po své cestě ze San Francisca do Mendocina, Nobelovu cenu za chemii.[5][6]

Teoreticky byla tato metoda popsána již v roce 1971,[7] ale Kary Mullis byl první, kdo ji byl schopen realizovat. Jeho přínos spočívá mimo jiné v rozpoznání exponenciálního průběhu amplifikace DNA.

Reference
  1. TELLIER, R.; BUKH, J.; EMERSON, SU., et al. Long PCR amplification of large fragments of viral genomes: a technical overview.. Methods Mol Biol. 2003, roč. 226, s. 167–72. DOI 10.1385/1-59259-384-4:167. PMID 12958497.
  2. PCR test. nzip.cz [online]. MZČR [cit. 2021-01-15]. Dostupné online.
  3. SAIKI, RK.; SCHARF, S.; FALOONA, F., et al. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia.. Science. Dec 1985, roč. 230, čís. 4732, s. 1350–4. PMID 2999980.
  4. MULLIS, Kary B.; FERRÉ, François; GIBBS, Richard A. The Polymerase chain reaction [online]. Boston: Birkhäuser, 1994 [cit. 2021-05-04]. ISBN 978-0-8176-3750-7. DOI 10.1007/978-1-4612-0257-8. (anglicky)
  5. Molecular biology: Understanding the genetic revolution. Elsevier Academic Press (2005), Edited by David P. Clark, ISBN 0-12-175551-7.
  6. Kary Mullis Nobel Lecture, December 8, 1993
  7. KLEPPE, K.; OHTSUKA, E.; KLEPPE, R., et al. Studies on polynucleotides. XCVI. Repair replications of short synthetic DNA's as catalyzed by DNA polymerases.. J Mol Biol. Mar 1971, roč. 56, čís. 2, s. 341–61. PMID 4927950.

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.