Polymerázová reťazová reakcia (PCR) a jej vedecký príbuzný, klonovanie exprimovaných génov, sú dva biotechnologické objavy 70. a 80. rokov, ktoré naďalej zohrávajú významnú úlohu v úsilí o dosiahnutie tohto cieľa rozumej chorobe. Obe tieto molekulárne technológie poskytujú vedcom prostriedky na výrobu väčšieho množstva DNA rôznymi spôsobmi.
História
Molekulárny biológ Kary Mullis priniesol revolúciu v génovej vede, keď na jar roku 1983 predstavil polymerázovú reťazovú reakciu (PCR), ktorá mu v roku 1993 vyniesla Nobelovu cenu za chémiu. Tento prielom nastal na päty výskumu klonovania, ktorý sa datuje od roku 1902. K zásadnému pokroku v klonovaní nedošlo až do novembra 1951, keď tím vedcov vo Philadelphii naklonoval embryo žaby. Veľký prielom nastal 5. júla 1996, keď vedci naklonovali jahňa „Dolly“ zo zmrazenej prsnej bunky.
PCR a klonovanie
Klonovanie znamená jednoduché vytvorenie jedného živého organizmu z druhého a vytvorenie dvoch organizmov s rovnakými presnými génmi. PCR umožňuje vedcom vyrobiť miliardy kópií kúska DNA v priebehu niekoľkých hodín. Aj keď PCR ovplyvňuje klonovaciu technológiu produkciou veľkého množstva DNA, ktoré je možné klonovať, PCR čelí obtiažnosť kontaminácie, pri ktorej je možné replikovať aj vzorku s nežiaducim genetickým materiálom a vyrobiť nesprávna DNA.
Ako funguje PCR
Proces PCR zahŕňa štiepenie DNA jej zahrievaním, ktoré odvíja dvojzávitnicu DNA na samostatné jednotlivé vlákna. Akonáhle sú tieto vlákna oddelené, enzým nazývaný DNA polymeráza prečíta sekvenciu nukleových kyselín a vytvorí duplikát reťazca DNA. Tento proces sa opakuje znovu a znovu, zdvojnásobuje množstvo DNA v každom cykle a exponenciálne zvyšuje DNA, až kým sa nevytvoria milióny kópií pôvodnej DNA.
Ako funguje klonovanie
Klonovanie DNA zahŕňa najskôr izoláciu zdrojovej a vektorovej DNA a potom použitie enzýmov na štiepenie týchto dvoch DNA. Vedci potom spoja zdrojovú DNA s vektorom pomocou enzýmu DNA ligázy, ktorý opraví spoj a vytvorí jediný reťazec DNA. Táto DNA sa potom zavedie do bunky hostiteľského organizmu, kde rastie s organizmom.
Aplikácie
PCR sa stala štandardným nástrojom v forenznej vede, pretože dokáže množiť veľmi malé vzorky DNA na viacnásobné laboratórne testovanie zločinu. PCR sa tiež stala užitočnou pre archeológov pri štúdiu evolučnej biológie rôznych živočíšnych druhov vrátane vzoriek starých tisíc rokov. Vďaka technológii klonovania bolo možné pomerne ľahko izolovať fragmenty DNA, ktoré obsahujú gény, na štúdium génovej funkcie. Vedci sa domnievajú, že spoľahlivým klonovaním sa dá zvýšiť produktivita poľnohospodárstva replikáciou najlepších zvierat a plodiny a tiež spresniť lekárske testy poskytnutím testovacích zvierat, ktoré reagujú rovnako na všetky droga.