اختراع PCR

تعداد کمی از پیشرفت‌های تکنیکی ازجمله واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) باعث تغییر شگرفی در علم شده‌اند.

قبلاً در مورد تاریخچه PCR صحبت کرده بودیم، در این مقاله قصد داریم در مورد اختراع PCR صحبت کنیم.

در ادامه همراه بیونت باشید

شبیه‌سازی ژن، توالی یابی ژنوم های پیچیده، آنالیز DNA و تشخیص‌های مبتنی بر DNA تنها برخی از تکنیک‌هایی بودند که قبل از PCR، ناکارآمد و خام بودند و با سختی زیادی انجام می‌شدند. این تکنیک، انقلابی در تحقیقات بیولوژیک و بیوتکنولوژی بود که می‌تواند به‌عنوان یکی از دلایل اصلی رونق این زمینه‌های علمی در نظر گرفته شود که قبل از آن، حدود ۲۰ سال یا بیشتر در این زمینه‌ها کارشده بود و تجربه به‌دست‌آمده بود.

به‌طور عمومی، اختراع PCR در سال ۱۹۸۳ به Kary Mullis نسبت داده می‌شود که در آن سال برای شرکت Cetus در Emeryville کالیفرنیا کار می‌کرد.

نقش Mullis در Cetus، سنتز الیگونوکلئوتیدها برای کار کردن تیم تحقیقاتی بر روی آن‌ها بود؛ که بر روی روش‌هایی برای کشف جهش‌های نقطه‌ای در ژن‌های انسانی کار می‌کردند.

Mullis ایده‌ای را مطرح کرد که بر اساس آن، با استفاده از توالی یابی Sanger-type DNA و استفاده از DNA پلیمراز در حضور پرایمرهای نوکلئوتیدی و ddNTPs می‌توان، جهش‌های نقطه‌ای را کشف کرد.

مشکل این است که توالی یابی یک کپی منفرد ژن با توجه به وسعت ژنومی انسان، غیرممکن است و پرایمر می‌تواند به‌جاهای زیادی متصل شود. چیزی که او به آن نیاز داشت، یافتن راهی برای افزایش تمرکز بر روی یک ژن خاص مدنظر بود.

هنگامی‌که داشت با اتومبیل هوندا civic خود در بزرگراه ۱۲۸ سان‌فرانسیسکو به مندوکینو رانندگی می‌کرد، فکری به ذهنش رسید. او به نظرش رسید که تمرکز بر ژن خاص را با ۲ پرایمر مخالف انجام دهد که یکی از آن‌ها به بالای رشته و دیگری به پایین رشته متصل می‌شود. سپس، سیکل‌های متعدد دناتوراسیون، اتصالپرایمر و پلیمریزه کردن را انجام داد و توانست با این کار یک قطعه DNA بین ۲ پرایمر را به‌صورت نمایی تقویت کند.

با این کارها، ایده PCR متولد شد، اما این تکنیک هنوز کار بسیار زیادی برای رسیدن به کمال داشت.

DNA پلیمراز باکتری E.coli که در روزهای ابتدایی استفاده می‌شد، در طول مرحله دناتوراسیون تخریب می‌شد و پس از هر سیکل، باید آن را تعویض می‌کردند.

کارمندان Cetus به‌سرعت اولین دستگاه سیکل گرمایی به نام Mr Cycle را توسعه دادند که این دستگاه به‌طور اتوماتیک پس از هر مرحله گرمایی، پلیمراز جدید را به فرایند اضافه می‌کرد.

در سال ۱۹۸۵، Mullis ایده استفاده از پلیمراز جداشده از باکتری extremophilic به نام thermophilus aquaticus را مطرح کرد. این پلیمراز که تحت عنوان Taq polymerase شناخته می‌شود، بیشترین فعالیت را در دمای ۷۲ درجه سانتی‌گراد دارد اما تا دمای ۹۴ درجه (دمای لازم برای دناتوراسیون DNA) هم می‌تواند مقاومت کند؛ که این به این معنی است که می‌توان بدون جایگزینی آنزیم، تعداد زیادی سیکل‌های واکنشی را انجام داد. این پیشرفت همراه با پیشرفت‌هایی درزمینهٔ سنتز الیگونوکلئوتیدها، PCR را تشکیل دادند که به دلیل هزینه کم و راحتی انجام دادن آن، به‌سرعت وارد چرخه تحقیقات شد.

به دلیل استفاده زیاد محققین از PCR، در آن بهبود زیادی حاصل شد که هنوز هم در حال پیشرفت است. امروزه صدها عدد از اپلیکیشن های مبتنی بر PCR وجود دارند که در زمینه‌های متفاوتی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

استفان شارف، همکار قبلی Mullis در Cetus درمورد PCR میگوید:

یکی از خصوصیات بارز PCR، تطبیق‌پذیری بالای آن است که این تطبیق‌پذیری، فراتر از کاربردی بودن آن در شرایط مختلف است.

PCR، وسیله‌ای است که توانایی ایجاد موقعیت‌های جدید را دارد که نیاز به استفاده از PCR را سبب می‌شوند.

احتمالاً اثرگذارترین تکنیکی که توسط PCR امکان‌پذیر شده است، توالی یابی ژنومی در مقیاس وسیع است که این خودش سبب تغییر دادن زمینه‌های تحقیقی بیولوژیک و بیوتکنولوژی می‌شود.

Mullis، جایزه نوبل را برای این اختراع در سال ۱۹۹۳ دریافت کرد، او همچنین ۱۰۰۰۰ دلار جایزه را از طرف کارفرماهایش در Cetus دریافت کرد؛ که البته بعداً حق اختراعش را درازای مبلغ سیصد میلیون دلار به بنیاد علمی Hoffmann La-Roche فروخت.

منبع: بیونت

  • نویسنده : پویا مجیدی
  • تاریخ انتشار : ۰۲-۱۱-۹۵