واکنش زنجیره‌ای پلیمراز و تکثیر اسید نوکلئیک

واکنش زنجیره‌ای پلیمراز – روشی چرخه‌ای و پرایمر-محور که یک قطعه DNA انتخابی را به صورت تصاعدی تکثیر می‌کند – و خانواده وسیع‌تری از تکنیک‌های تکثیر که بر پایه آن بنا شده‌اند.

Definition

واکنش زنجیره‌ای پلیمراز یک روش آزمایشگاهی است که یک ناحیه تعریف‌شده DNA را به صورت تصاعدی با چرخه‌های مکرر جداسازی رشته، اتصال پرایمرهای کناری، و ازدیاد توسط یک DNA پلیمراز مقاوم به حرارت تکثیر می‌کند؛ تکثیر اسید نوکلئیک به طور گسترده‌تر شامل تکنیک‌های مرتبط برای کپی کردن توالی‌های DNA یا RNA می‌شود.

Scope

این موضوع اصول و انواع تکثیر اسید نوکلئیک را پوشش می‌دهد: چرخه حرارتی واسرشت‌سازی، اتصال پرایمر، و ازدیاد که واکنش زنجیره‌ای پلیمراز را تعریف می‌کند؛ نقش پرایمرها و پلیمراز مقاوم به حرارت؛ و بسط‌هایی مانند رونویسی معکوس و تکثیر کمی بلادرنگ. این موضوع به روش و منطق آن می‌پردازد؛ توالی‌یابی و کلون‌سازی که از DNA تکثیر شده استفاده می‌کنند در موضوعات مرتبط پوشش داده شده‌اند.

Core questions

• چگونه چرخه‌های مکرر گرمایش و سرمایش یک ناحیه خاص DNA را تکثیر می‌کنند؟
• چرا دو پرایمر و یک پلیمراز مقاوم به حرارت ضروری هستند؟
• چگونه تکثیر به صورت تصاعدی انجام می‌شود؟
• چگونه این روش برای تعیین کمیت اسیدهای نوکلئیک یا تکثیر RNA گسترش می‌یابد؟

Key theories

تکثیر تصاعدی تعریف‌شده توسط پرایمر

یک جفت پرایمر در دو طرف هدف، ناحیه تکثیر شده را تعریف می‌کند، و از آنجا که هر رشته جدید به عنوان الگو در چرخه بعدی عمل می‌کند، تعداد کپی‌های هدف تقریباً در هر چرخه دو برابر می‌شود و به صورت تصاعدی رشد می‌کند.

پلیمراز مقاوم به حرارت امکان چرخه را فراهم می‌کند

استفاده از یک DNA پلیمراز مقاوم به حرارت امکان واسرشت‌سازی مکرر در دمای بالا را بدون نیاز به افزودن مجدد آنزیم فراهم می‌کند، که چرخه حرارتی خودکار را عملی و واکنش را قوی می‌سازد.

Mechanisms

هر چرخه نمونه را گرم می‌کند تا رشته‌های DNA را جدا کند، آن را سرد می‌کند تا دو پرایمر به توالی‌های کناری هدف در رشته‌های مقابل متصل شوند، و آن را تا دمای ازدیاد گرم می‌کند که در آن یک پلیمراز مقاوم به حرارت رشته‌های جدید را از پرایمرها سنتز می‌کند. از آنجا که محصولات یک چرخه به عنوان الگو برای چرخه بعدی عمل می‌کنند، ناحیه هدف به صورت تصاعدی در طول چرخه‌های متعدد تکثیر می‌شود. انواع آن شامل تکثیر رونویسی معکوس است که ابتدا RNA را به DNA کپی می‌کند، و تکثیر کمی بلادرنگ که تجمع محصول را برای اندازه‌گیری مقادیر اولیه نظارت می‌کند.

Clinical relevance

تکثیر در آزمایش‌های ژنتیکی، تشخیص پاتوژن، و شناسایی پزشکی قانونی محوری است؛ این موضوع به عنوان اهمیت و نه به عنوان راهنمای بالینی ارائه شده است.

History

مولیس واکنش زنجیره‌ای پلیمراز را در اوایل دهه ۱۹۸۰ ابداع کرد، و گزارش سال ۱۹۸۵ توسط سایکی و همکاران کاربرد آن را نشان داد، با پذیرش بعدی پلیمراز مقاوم به حرارت که آن را به یک روش معمول تبدیل کرد؛ این اختراع با جایزه نوبل شیمی در سال ۱۹۹۳ به رسمیت شناخته شد.

Key figures

• Kary Mullis
• Randall Saiki
• Henry Erlich

Seminal works

• saiki1985
• lodish2016

Frequently asked questions

چرا PCR به پرایمر نیاز دارد؟

پرایمرها نقاط شروع سنتز را در هر رشته تعریف می‌کنند، بنابراین آنها تعیین می‌کنند که کدام ناحیه کپی شود و به پلیمراز اجازه می‌دهند ازدیاد را آغاز کند.

چه چیزی تکثیر را تصاعدی می‌کند؟

رشته‌های جدید هر چرخه در چرخه بعدی به الگو تبدیل می‌شوند، بنابراین تعداد کپی‌های هدف تقریباً در هر چرخه دو برابر می‌شود.