Reacția în lanț a polimerazei (PCR) utilizează enzime pentru a replica în masă o porțiune a unei catene de acid dezoxiribonucleic (ADN) pentru o analiză mai ușoară, cum ar fi căutarea genelor de interes. Ca și reacția nucleară în lanț, reacția în lanț a polimerazei este un proces exponențial care se desfășoară atâta timp cât sunt disponibile materiile prime pentru susținerea reacției. Spre deosebire de replicarea ADN-ului în lumea naturală, PCR poate replica doar bucăți destul de mici de ADN, cu un plafon superior de aproximativ 2-3 kg perechi de baze (kb). Folosește enzime neînsuflețite pentru a-și realiza efectul de replicare, deosebindu-l de alte abordări de copiere care folosesc organisme active.
O reacție modernă a polimerazei în lanț necesită șase componente de bază pentru a funcționa: segmentul de ADN pentru a fi copiat, primeri pentru a delimita segmentul, polimeraza Taq pentru a face copierea, nucleotidele ADN pentru a servi ca materie primă, un mediu tampon chimic și o mașină numită termică. ciclor. Termociclorul deține adesea mai multe eprubete cu mai multe PCR, fiecare având 15 până la 100 de microlitri, valori sub un milimetru cub de apă. Sunt folosite aproximativ o sută de nanograme de bază ADN.
Taq polimeraza, ingredientul cheie pentru o reacție în lanț a polimerazei, este extrasă dintr-o bacterie de adâncime, Thermus aquaticus. Funcționează bine pentru copiere, dar nu perfect, făcând o eroare aproximativ o dată la 8 milioane de perechi de baze. Înainte de polimeraza Taq, s-au folosit alte polimeraze, dar multe dintre ele s-au rupt la temperaturile necesare pentru ca reacția să înceapă. Ciclul de încălzire este complicat, dar include temperaturi care variază pentru scurt timp până la punctul de fierbere, astfel încât durabilitatea polimerazei este esențială.
Pașii de bază ai PCR sunt următorii. Toate ingredientele sunt amestecate într-o fiolă mică, de obicei cu un volum de 200 de micrograme. Amestecul este încălzit până aproape de punctul de fierbere pentru a rupe legăturile de hidrogen din ADN-ul cupluri, creând catene simple care sunt susceptibile de a fi copiate. Aceasta se numește denaturare. Cu cât firul de copiat este mai lung, cu atât durează mai mult procesul de denaturare.
Următorul pas în reacția în lanț a polimerazei se numește recoacere. Primerii, care sunt la comandă, catenele scurte de ADN, sunt proiectați special pentru a se lega de site-urile de la începutul și sfârșitul segmentului de copiat. Dacă primerii sunt proiectați incorect sau temperatura în această etapă este greșită, primerul se va lega aleatoriu de ADN, rezultând o copie a segmentului greșit. Majoritatea grundurilor se topesc la aproximativ două treimi din punctul de fierbere, iar recoacerea, un proces de 1-2 minute, are loc la câteva grade sub acesta.
Ultimii pași din PCR se numesc extensie și extindere finală. Aici se întâmplă magia. Polimeraza copiază segmentul de ADN rapid, creând milioane și milioane de copii în doar câteva minute. De obicei, un ciclu constă din toți pașii anteriori, repeți de aproximativ douăzeci sau treizeci de ori.
Rezultatul este o grămadă de ADN copiat. Reacțiile polimerazei în lanț au o varietate de întrebuințări, inclusiv testarea paternității, determinarea prezenței sau absenței unui defect genetic sau ADN viral, clonarea unei gene, introducerea de mutații specifice, analiza ADN-ului speciilor dispărute sau al persoanelor decedate, „amprentarea genetică” la scena crimei și multe altele.