Polymeraasiketjureaktio (PCR) käyttää entsyymejä massan replikoimiseksi osasta deoksiribonukleiinihappo (DNA) -ketjua analyysin helpottamiseksi, kuten kiinnostavien geenien etsimiseksi. Kuten ydinketjureaktio, myös polymeraasiketjureaktio on eksponentiaalinen prosessi, joka jatkuu niin kauan kuin raaka -aineita reaktion ylläpitämiseksi on saatavilla. Toisin kuin luonnollisessa maailmassa tapahtuva DNA: n replikaatio, PCR voi replikoida vain melko pieniä DNA-paloja, joiden yläkatto on noin 2-3 kiloa emäsparia (kb). Se käyttää elottomia entsyymejä saavuttaakseen replikaatiovaikutuksensa erottaen sen muista kopiointimenetelmistä, joissa käytetään aktiivisia organismeja.
Nykyaikainen polymeraasiketjureaktio vaatii kuusi peruskomponenttia toimimaan: DNA -segmentti kopioitava, alukkeet rajaamaan segmentti, Taq -polymeraasi kopioimiseen, DNA -nukleotidit raaka -aineeksi, kemiallinen puskuriympäristö ja kone, jota kutsutaan termiseksi pyöräilijä. Lämpösyklerissä on usein useita koeputkia, joissa on useita PCR -arvoja, joista jokaisessa on 15-100 mikrolitraa, arvot alle kuutiomillimetriä vettä. DNA -emästä käytetään noin sata nanogrammaa.
Taq-polymeraasi, joka on polymeraasiketjureaktion keskeinen ainesosa, uutetaan syvänmeren lämpöä tuulettavasta bakteerista, Thermus aquaticuksesta. Se toimii hyvin kopioinnissa, mutta ei täydellisesti, tehden virheen noin kerran 8 miljoonassa perusparissa. Ennen Taq -polymeraasia käytettiin muita polymeraaseja, mutta monet niistä hajosivat reaktion alkamisen edellyttämissä lämpötiloissa. Kuumennusjakso on monimutkainen, mutta sisältää lämpötilat, jotka vaihtelevat lyhyesti lähes aina kiehumispisteeseen, joten polymeraasin kestävyys on välttämätöntä.
PCR: n perusvaiheet ovat seuraavat. Kaikki aineet sekoitetaan yhteen pienessä injektiopullossa, yleensä tilavuudeltaan 200 mikrogrammaa. Seos kuumennetaan lähelle kiehumispistettä katkaistakseen kaksijuosteisen DNA: n vetysidokset, jolloin muodostuu yksittäisiä säikeitä, jotka ovat alttiita kopioinnille. Tätä kutsutaan denaturoimiseksi. Mitä kauemmin kopioitava säie, sitä kauemmin denaturointiprosessi kestää.
Seuraavaa vaihetta polymeraasiketjureaktiossa kutsutaan hehkutukseksi. Alukkeet, jotka ovat mittatilaustyönä valmistettuja lyhyitä DNA-juosteita, on suunniteltu erityisesti sitoutumaan kopioitavan segmentin alussa ja lopussa oleviin paikkoihin. Jos alukkeet on suunniteltu väärin tai lämpötila tässä vaiheessa on väärä, aluke sitoutuu satunnaisesti DNA: han, mikä johtaa väärään segmenttikopioon. Useimmat alukkeet sulavat noin kaksi kolmasosaa kiehumispisteestä, ja hehkutus, 1-2 minuutin prosessi, tapahtuu muutaman asteen alapuolella.
PCR: n viimeisiä vaiheita kutsutaan laajennukseksi ja lopulliseksi laajennukseksi. Tässä tapahtuu taikuutta. Polymeraasi kopioi DNA -segmentin nopeasti ja luo miljoonia ja miljoonia kopioita muutamassa minuutissa. Yleensä sykli koostuu kaikista edellisistä vaiheista, toistetaan noin kaksikymmentä tai kolmekymmentä kertaa.
Tuloksena on joukko kopioitua DNA: ta. Polymeraasiketjureaktioilla on monenlaisia käyttötarkoituksia, mukaan lukien isyystestaus, geneettisen vian tai virus -DNA: n olemassaolon tai puuttumisen määrittäminen, geenin kloonaus, erityisten mutaatioiden tuominen, sukupuuttoon kuolleiden lajien tai kuolleiden henkilöiden DNA: n analysointi, “geneettinen sormenjälki” rikospaikka ja paljon muuta.