Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) και ο επιστημονικός της συγγενής, κλωνοποίηση εκφρασμένων γονιδίων, είναι δύο βιοτεχνολογικές ανακαλύψεις της δεκαετίας του 1970 και του 1980 που συνεχίζουν να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην προσπάθεια καταλάβετε την ασθένεια. Και οι δύο αυτές μοριακές τεχνολογίες δίνουν στους επιστήμονες τα μέσα να κάνουν περισσότερο DNA με διαφορετικούς τρόπους.
Ιστορία
Ο μοριακός βιολόγος Kary Mullis έφερε επανάσταση στη γονιδιακή επιστήμη όταν συνέλαβε την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) την άνοιξη του 1983, η οποία του κέρδισε το βραβείο Νόμπελ του 1993 στη Χημεία. Αυτή η ανακάλυψη ήρθε στα τακούνια της έρευνας κλωνοποίησης που χρονολογείται από το 1902. Δεν σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στην κλωνοποίηση μέχρι τον Νοέμβριο του 1951, όταν μια ομάδα επιστημόνων στη Φιλαδέλφεια κλωνοποίησε ένα έμβρυο βατράχου. Η μεγάλη ανακάλυψη συνέβη στις 5 Ιουλίου 1996, όταν οι επιστήμονες κλωνοποίησαν το "Dolly" το αρνί από ένα παγωμένο θηλαστικό κύτταρο.
PCR και κλωνοποίηση
Η κλωνοποίηση δημιουργεί απλώς έναν ζωντανό οργανισμό από τον άλλο, δημιουργώντας δύο οργανισμούς με τα ίδια ακριβή γονίδια. Η PCR επιτρέπει στους επιστήμονες να παράγουν δισεκατομμύρια αντίγραφα ενός κομματιού DNA εντός ωρών. Παρόλο που η PCR επηρεάζει την τεχνολογία κλωνοποίησης παράγοντας μεγάλες ποσότητες DNA που μπορούν να κλωνοποιηθούν, η PCR αντιμετωπίζει το δυσκολία μόλυνσης, όπου ένα δείγμα με ανεπιθύμητο γενετικό υλικό μπορεί επίσης να αναπαραχθεί και να παράγει το λάθος DNA.
Πώς λειτουργεί το PCR
Η διαδικασία PCR περιλαμβάνει τη διάσπαση του DNA θερμαίνοντάς το, το οποίο ξετυλίγει τη διπλή έλικα του DNA σε ξεχωριστούς κλώνους. Μόλις διαχωριστούν αυτοί οι κλώνοι, ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA πολυμεράση διαβάζει την αλληλουχία νουκλεϊκών οξέων και παράγει ένα διπλό κλώνο του DNA. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά, διπλασιάζοντας την ποσότητα DNA κάθε κύκλου και αυξάνοντας εκθετικά το DNA έως ότου δημιουργηθούν εκατομμύρια αντίγραφα του αρχικού DNA.
Πώς λειτουργεί η κλωνοποίηση
Η κλωνοποίηση DNA περιλαμβάνει πρώτα την απομόνωση της πηγής και του DNA φορέα και στη συνέχεια χρήση ενζύμων για την αποκοπή αυτών των δύο DNA. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες συνδέουν το DNA προέλευσης με τον φορέα με ένα ένζυμο λιγάσης DNA που επιδιορθώνει τη σύνδεση και δημιουργεί έναν μόνο κλώνο DNA. Αυτό το DNA εισάγεται στη συνέχεια σε ένα κύτταρο οργανισμού-ξενιστή, όπου μεγαλώνει με τον οργανισμό.
Εφαρμογές
Το PCR έχει γίνει ένα τυπικό εργαλείο στην ιατροδικαστική επιστήμη επειδή μπορεί να πολλαπλασιάσει πολύ μικρά δείγματα DNA για πολλαπλές δοκιμές εργαστηριακών εγκλημάτων. Το PCR έχει επίσης γίνει χρήσιμο για τους αρχαιολόγους να μελετήσουν την εξελικτική βιολογία διαφορετικών ζωικών ειδών, συμπεριλαμβανομένων δειγμάτων χιλιάδων ετών. Η τεχνολογία κλωνοποίησης έχει καταστήσει σχετικά εύκολη την απομόνωση θραυσμάτων DNA που περιέχουν γονίδια για τη μελέτη της γονιδιακής λειτουργίας. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η αξιόπιστη κλωνοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει τη γεωργία πιο παραγωγική με την αναπαραγωγή των καλύτερων ζώων και καλλιέργειες και επίσης να κάνουν τις ιατρικές εξετάσεις πιο ακριβείς παρέχοντας πειραματόζωα που όλα αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στο ίδιο φάρμακο.