Polymeraskedjereaktion (PCR) och dess vetenskapliga släkting, kloning av uttryckta gener, är två biotekniska genombrott på 1970- och 1980-talet som fortsätter att spela viktiga roller i arbetet med att förstå sjukdom. Båda dessa molekylära tekniker ger forskare möjlighet att göra mer DNA på olika sätt.
Historia
Molekylärbiologen Kary Mullis revolutionerade genvetenskapen när han tänkte på polymeraskedjereaktionen (PCR) våren 1983, vilket gav honom Nobelpriset i kemi 1993. Detta genombrott kom från kloningsforskningen som går tillbaka till 1902. Inga större framsteg när det gäller kloning hände förrän i november 1951, då ett team av forskare i Philadelphia klonade ett grodaembryo. Det stora genombrottet inträffade den 5 juli 1996, när forskare klonade ”Dolly” lammet från en frusen bröstcell.
PCR och kloning
Kloning gör helt enkelt en levande organism från en annan och skapar två organismer med samma exakta gener. PCR gör det möjligt för forskare att producera miljarder kopior av en bit DNA inom några timmar. Även om PCR påverkar kloningstekniken genom att producera stora mängder DNA som kan klonas, står PCR inför svårighet med kontaminering, där ett prov med oönskat genetiskt material också kan replikeras och producera fel DNA.
Hur PCR fungerar
PCR-processen innebär att DNA bryts ner genom att värma det, vilket avlindar DNA-dubbelhelixen i separata enskilda strängar. När dessa strängar har separerats läser ett enzym som kallas DNA-polymeras nukleinsyrasekvensen och producerar en duplikatsträng av DNA. Denna process upprepas om och om igen, fördubblar mängden DNA varje cykel och ökar DNA exponentiellt tills miljontals kopior av original-DNA skapas.
Hur kloning fungerar
DNA-kloning innebär först att isolera käll- och vektor-DNA och sedan använda enzymer för att skära dessa två DNA. Därefter binder forskare källans DNA till vektorn med ett DNA-ligasenzym som reparerar skarven och skapar en enda DNA-sträng. Det DNA introduceras sedan i en värdorganismcell, där den växer med organismen.
Applikationer
PCR har blivit ett standardverktyg inom kriminalteknik eftersom det kan multiplicera mycket små DNA-prover för flera brottslaboratorietester. PCR har också blivit användbart för arkeologer att studera evolutionär biologi hos olika djurarter, inklusive prover tusentals år gamla. Kloningstekniken har gjort det relativt enkelt att isolera DNA-fragment som innehåller gener för att studera genfunktion. Forskare tror att pålitlig kloning kan användas för att göra jordbruket mer produktivt genom att replikera de bästa djuren och grödor och också för att göra medicinska tester mer exakta genom att tillhandahålla testdjur som alla reagerar på samma sätt på samma läkemedel.