תגובת שרשרת פולימראז: טיפול, השפעות וסיכונים

תגובת שרשרת הפולימראז מייצגת הליך מהביולוגיה המולקולרית שמשכפל קטעים מחומר גנטי (חומצה דאוקסיריבונוקלאית, DNA). מיליוני עותקים זהים מיוצרים מכמויות זעירות של DNA. באופן זה קיימים כמויות המספיקות לחקירות שונות.

מהי תגובת שרשרת הפולימראז?

תגובת שרשרת הפולימראז מייצגת שיטה מהביולוגיה המולקולרית שמשכפלת חתכים מחומר גנטי (חומצה דאוקסיריבונוקלאית, DNA). המונח תגובת שרשרת פולימראז (PCR) מתאר את תגובת המבחנה (בלטינית: בזכוכית) בעזרת אנזים, הפולימראז (פולימראז DNA), מה שמוביל לשכפול של גֵן רצפים. תוצר התגובה הוא גם חומר המוצא למחזור חדש של תגובה זו. מספר ה מולקולות מכפיל ובמקביל משמש תבנית למחזור חדש. זה מכונה כפל מעריכי. זה מתקיים במעבדה במהירות נהדרת של כמה דקות, בדומה לתגובת שרשרת. תהליך מעבדה זה מחקה את שכפול המידע הגנטי (DNA) המתרחש בתנאים טבעיים במהלך השכפול. הכימאי האמריקאי KB מוליס נחשב למגלה התהליך הזה. בשנת 1983 הוא הציג את תהליך סינתזת ה- DNA הזה וכעבור עשר שנים הוענק לו פרס נובל לכימיה.

פונקציה, אפקט ומטרות

באורגניזמים חיים הדנ"א בפנים הכרומוזומים בעל אורך שלא ניתן להגביר באמצעות PCR. במקום זאת, הוא מיושם להגברת קטע מוגדר. זה יכול להיות גנים, חלק ספציפי של a גֵן, או אזורים שאינם מתועתקים ל- חלבוניםכלומר, אינם מקודדים. חלקים אלה כוללים בדרך כלל לא יותר משלושת אלפים זוגות בסיס, לעומת כשלושה מיליארד זוגות בסיס לכל קבוצה של הכרומוזומים בבני אדם. תגובת שרשרת הפולימראז מחייבת שרשרת DNA חד-או-גדילית שמבנהה חייב להיות ידוע לפחות באופן חלקי. בנוסף לאנזים, הפולימראז, משתמשים בשני פריימרים. אלו אבני בניין של ה- DNA המשמשות כנקודת ההתחלה והסיום. הם מאופיינים ברצף התואם במדויק לאזור שיש להגביר. במעבדה, תגובת שרשרת הפולימראז מתבצעת בגוש חימום לתכנות. המרכיבים הדרושים כגון פולימראז, פריימר, אבני הבניין לבניית החוט החדש (טריוקספטים של deoxyribonucleoside) ו מגנזיום יונים מתווספים יחד בתמיסת חיץ. תוכנית זמן הטמפרטורה לתגובה מתחילה בדנטורציה בטמפרטורה מעל 94 מעלות צלזיוס. בתהליך זה הדנ"א הדו-גדילי מנותק ונמצא בצורה חד-גדילית. בשלב הבא, בטמפרטורה של כ- 70 מעלות צלזיוס, התחל מחויב ל גֵן רצף ומהווה את נקודת המוצא לתגובת האנזים. מכאן, הפולימראז מסנתז את החוט המשלים. ואז מתחיל מחזור חדש, המורכב שוב משלושת השלבים של דנטורציה, קשירת פריימר וסינתזה של גדיל ה- DNA. תגובת שרשרת הפולימראז משמשת ברפואה משפטית, באבחון קליני ובמחקר קליני. במדע הפלילי, מופק ה- DNA עור, רוק, שער, זרע או דם מזירות פשע, ולאחר הגברה, בהשוואה לדגימות ידועות ושימשו לזיהוי אנשים ספציפיים. באמצעות טביעת אצבע גנטית זו ניתן להבהיר אבהות גם בגישה שונה. בהבהרת מחלות, תגובת שרשרת הפולימראז משמשת לאימות הגנים המעורבים. ניתן לסווג מחלות חיידקיות מסוימות על ידי זיהוי רצפים ספציפיים. ניתן לאפיין מחלות נגיפיות כאשר ה DNA הנגיפי או ה- RNA הופכים ומוגברים. ב דם ניתן להבחין בהקרנה צהבת או מחלות בתיווך HIV בשלב מוקדם מאוד. באבחון הגידול הוא משמש לזיהוי תאי גידול. זה מאפשר לסווג את הגידול, להעריך את מהלך המחלה, את ההצלחה של תרפיה והפרוגנוזה. במחקר, תגובת שרשרת הפולימראז משמשת לזיהוי גנים הקשורים למחלות שונות. עבור שיבוט גנים, שאינו זהה לשיבוט אורגניזם, הגן מוגבר לפני העברתו לאורגניזמים אחרים בווקטור (בלטינית: מטייל, נשא ). אלה יכולים לשמש מודלים לחקר טוב יותר של מחלות או לייצור חלבונים שיכול לשמש כ תרופות.

סיכונים וסכנות

לתגובת שרשרת הפולימראז פוטנציאל עצום בזיהוי כמויות זעירות של DNA. על מנת לנצל את שלל האפשרויות ולשמור מפני טעויות מהותיות, יש לקחת בחשבון דרישות קדם מסוימות ומקורות טעות שונים. ניתן להגביר רק קטעים של החומר הגנטי שהרצף שלו ידוע לפחות חלקית. לא ניתן להגביר רצפים לא ידועים לחלוטין בשיטה זו. ניתן לדמיין את מוצרי ההגברה לאחר מכן. אם האות הצפוי אינו גלוי, למרות שהרצף המבוקש היה קיים, קיימת תוצאה שלילית כוזבת. לרוב, זו תוצאה של תנאי תגובה שאינם מותאמים או ממוטבים בצורה גרועה. אלה חייבים להיקבע כפונקציה של רצף היעד. לצורך כך נבדקים פרופילי טמפרטורה וזמן שונים, רצפי פריימר וכמויות וכן ריכוזים של חומרים אחרים בתערובת התגובה. תוצאות חיוביות שגויות מופיעות כאותות שלא ניתן להקצות למוצר הרצוי. בעיות עיקריות נגרמות על ידי זיהומים ב- DNA שמקורם בחוקר או ממקור אחר שאינו הניתוח. DNA ממקור חיידקי משפיע גם על התוצאה של תגובת שרשרת פולימראז. על ידי חבישת כפפות וטיפול רב, ניתן למנוע טעויות כאלה ולנסח מסקנות מהימנות לגבי המוצרים המוגברים.