PCR、またはポリメラーゼ連鎖反応は、DNA 配列を増幅するために使用される技術です。これは、1980 年代にケアリー・マリスによって初めて開発されました。マリスはその研究により 1993 年にノーベル化学賞を受賞しました。PCR は分子生物学に革命をもたらし、研究者が少量のサンプルから DNA を増幅して詳細に研究できるようにしました。
PCR は、反応混合物の温度を急速に変化させることができる装置であるサーマル サイクラーで行われる 3 段階のプロセスです。3 つのステップは、変性、アニーリング、および伸長です。
最初のステップである変性では、二本鎖 DNA が高温 (通常約 95℃) に加熱され、二本鎖を結合している水素結合が切断されます。これにより、2 つの一本鎖 DNA 分子が生成されます。
2 番目のステップであるアニーリングでは、温度を約 55°C まで下げて、プライマーを一本鎖 DNA 上の相補配列にアニールさせます。プライマーは、ターゲット DNA 上の目的の配列と一致するように設計された短い DNA 片です。
3 番目のステップである伸長では、温度を約 72°C まで上昇させて、Taq ポリメラーゼ (DNA ポリメラーゼの一種) がプライマーから新しい DNA 鎖を合成できるようにします。Taq ポリメラーゼは温泉に生息する細菌に由来しており、PCR で使用される高温に耐えることができます。
PCR を 1 サイクル行った後、ターゲット DNA 配列のコピーが 2 つ得られます。この 3 つのステップをサイクル数 (通常は 30 ～ 40) 繰り返すことにより、標的 DNA 配列のコピー数を指数関数的に増加させることができます。これは、たとえ少量の開始 DNA であっても増幅して数百万、さらには数十億のコピーを生成する可能性があることを意味します。
PCR は研究や診断に数多くの用途があります。遺伝学では遺伝子と突然変異の機能を研究し、法医学では DNA 証拠を分析し、感染症診断では病原体の存在を検出し、出生前診断では胎児の遺伝的疾患をスクリーニングするために使用されます。
PCR は、DNA 量の測定を可能にする定量 PCR (qPCR) や RNA 配列の増幅に使用できる逆転写 PCR (RT-PCR) など、さまざまなバリエーションでの使用にも適応されています。
PCR には多くの応用分野がありますが、限界もあります。標的配列の知識と適切なプライマーの設計が必要であり、反応条件が正しく最適化されていない場合、エラーが発生しやすくなります。しかし、慎重な実験設計と実行により、PCR は分子生物学における最も強力なツールの 1 つであり続けます。
投稿日時: 2023 年 2 月 22 日