תגובת שרשרת פולימראז (PCR) וקרובת משפחתה המדעית, שיבוט של גנים לידי ביטוי, הן שתיים פריצות דרך ביוטכנולוגיות של שנות השבעים והשמונים הממשיכות למלא תפקידים משמעותיים במאמץ להבין מחלה. שתי הטכנולוגיות המולקולריות הללו מעניקות למדענים את האמצעים לייצר יותר DNA בדרכים שונות.
הִיסטוֹרִיָה
הביולוג המולקולרי קארי מוליס חולל מהפכה במדע הגנים כאשר הגה את תגובת שרשרת הפולימראז (PCR) באביב 1983, מה שזיכה אותו בפרס נובל לכימיה לשנת 1993. פריצת דרך זו הגיעה בעקבות מחקר שיבוט שתחילתה בשנת 1902. שום התקדמות משמעותית בשיבוט לא התרחשה עד נובמבר 1951, כאשר צוות מדענים בפילדלפיה שיבט עובר צפרדעים. פריצת הדרך הגדולה אירעה ב -5 ביולי 1996, כאשר מדענים שיבטו את "דולי" את הכבש מתא חלב קפוא.
PCR ושיבוט
שיבוט הוא פשוט יצירת אורגניזם חי אחד מאחר, ויוצרים שני אורגניזמים עם אותם גנים בדיוק. PCR מאפשר למדענים לייצר מיליארדי עותקים של פיסת DNA בתוך שעות. למרות ש- PCR משפיע על טכנולוגיית השיבוט על ידי ייצור כמויות גדולות של DNA שניתן לשכפל, PCR פונה אל ה- קושי בזיהום, שבו ניתן לשכפל גם דגימה עם חומר גנטי לא רצוי ולהפיק את DNA שגוי.
כיצד פועל PCR
תהליך ה- PCR כולל פירוק DNA על ידי חימום זה, מה שמפרק את סליל ה- DNA הכפול לחוטים בודדים נפרדים. לאחר הפרדת קווצות אלו, אנזים הנקרא DNA פולימראז קורא את רצף חומצות הגרעין ומייצר גדיל כפול של DNA. תהליך זה חוזר על עצמו שוב ושוב, מכפיל את כמות ה- DNA בכל מחזור ומגדיל את ה- DNA באופן אקספוננציאלי עד שנוצרים מיליוני עותקים של ה- DNA המקורי.
איך עובד שיבוט
שיבוט דנ"א כולל תחילה בידוד המקור וה- DNA הווקטורי ואז שימוש באנזימים לחיתוך שני הדנ"א הללו. לאחר מכן, מדענים קושרים את ה- DNA המקורי לווקטור עם אנזים ליגזת DNA המתקן את החבורה ויוצר גדיל DNA יחיד. ה- DNA הזה מוחדר לתא אורגניזם מארח, שם הוא גדל עם האורגניזם.
יישומים
PCR הפך לכלי סטנדרטי במדע הפלילי מכיוון שהוא יכול להכפיל דגימות DNA קטנות מאוד לצורך בדיקת מעבדות פשע מרובות. PCR הפך גם שימושי עבור ארכיאולוגים לחקור את הביולוגיה האבולוציונית של מיני בעלי חיים שונים, כולל דגימות בנות אלפי שנים. טכנולוגיית השיבוט הקלה יחסית על בידוד שברי DNA המכילים גנים לחקר תפקוד הגן. מדענים מאמינים כי ניתן להשתמש בשיבוט אמין כדי להפוך את החקלאות לפוריות יותר על ידי שכפול בעלי החיים הטובים ביותר יבולים וגם כדי לדייק את הבדיקות הרפואיות על ידי מתן חיות ניסוי שכולן מגיבות באותה צורה לאותו דבר תְרוּפָה.