Phản ứng chuỗi polymerase đại diện cho một quy trình từ sinh học phân tử sao chép các phần từ vật liệu di truyền (axit deoxyribonucleic, DNA). Hàng triệu bản sao giống hệt nhau được tạo ra từ một lượng nhỏ DNA. Bằng cách này, số lượng có sẵn đủ cho các cuộc điều tra khác nhau.
Phản ứng chuỗi polymerase là gì?
Phản ứng chuỗi polymerase đại diện cho một phương pháp từ sinh học phân tử sao chép các phần từ vật liệu di truyền (axit deoxyribonucleic, DNA). Thuật ngữ phản ứng chuỗi polymerase (PCR) mô tả phản ứng in vitro (tiếng Latinh: trong thủy tinh) với sự trợ giúp của một loại enzyme, polymerase (DNA polymerase), dẫn đến sự nhân đôi của một số gen trình tự. Sản phẩm của phản ứng cũng là nguyên liệu khởi đầu cho một chu trình mới của phản ứng này. Số lượng phân tử tăng gấp đôi và đồng thời dùng làm khuôn mẫu cho một chu kỳ mới. Đây được gọi là phép nhân theo cấp số nhân. Nó diễn ra trong phòng thí nghiệm với tốc độ lớn trong vài phút, tương tự như một phản ứng dây chuyền. Quy trình trong phòng thí nghiệm này bắt chước sự sao chép của thông tin di truyền (DNA) xảy ra trong các điều kiện tự nhiên trong quá trình sao chép. Nhà hóa học người Mỹ KB Mullis được coi là người phát hiện ra quá trình này. Năm 1983, ông đưa ra quy trình tổng hợp DNA này và mười năm sau được trao giải Nobel Hóa học.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Trong cơ thể sống, DNA trong nhiễm sắc thể có độ dài không thể khuếch đại bằng PCR. Thay vào đó, nó được áp dụng để khuếch đại một phần xác định. Đây có thể là gen, một phần cụ thể của genhoặc các vùng không được phiên âm thành protein, tức là, là không mã hóa. Các phần này thường bao gồm không quá ba nghìn cặp cơ sở, so với khoảng hai lần ba tỷ cặp cơ sở trên mỗi tập hợp nhiễm sắc thể ở người. Phản ứng chuỗi polymerase đòi hỏi một chuỗi DNA sợi đơn hoặc kép mà cấu trúc của nó ít nhất phải được biết một phần. Ngoài enzyme, polymerase, hai mồi được sử dụng. Đây là các khối xây dựng của DNA đóng vai trò là điểm bắt đầu và điểm kết thúc. Chúng được đặc trưng bởi một trình tự khớp chính xác với vùng cần khuếch đại. Trong phòng thí nghiệm, chuỗi phản ứng polymerase được thực hiện trong một khối gia nhiệt có thể lập trình được. Các thành phần cần thiết như polymerase, primer, các khối xây dựng để xây dựng sợi mới (deoxyribonucleoside triphosphates) và magiê các ion được thêm vào với nhau trong một dung dịch đệm. Chương trình nhiệt độ-thời gian cho phản ứng bắt đầu với sự biến tính ở nhiệt độ trên 94 ° C. Trong quá trình này, DNA sợi kép bị phân cắt và hiện diện ở dạng sợi đơn. Trong bước tiếp theo, ở khoảng 70 ° C, lớp sơn lót liên kết với gen trình tự và tạo thành điểm khởi đầu cho phản ứng enzym. Từ đây, polymerase tổng hợp sợi bổ sung. Sau đó, một chu trình mới lại bắt đầu, bao gồm ba bước là biến tính, liên kết mồi và tổng hợp chuỗi DNA. Phản ứng chuỗi polymerase được sử dụng trong pháp y, chẩn đoán lâm sàng và nghiên cứu lâm sàng. Trong khoa học pháp y, DNA được chiết xuất từ da, nước bọt, lông, tinh dịch hoặc máu từ hiện trường vụ án và sau khi khuếch đại, được so sánh với các mẫu đã biết và được sử dụng để xác định các cá nhân cụ thể. Sử dụng dấu vân tay di truyền này, quan hệ cha con cũng có thể được làm rõ trong một cách tiếp cận đã được sửa đổi. Trong việc làm sáng tỏ các căn bệnh, phản ứng chuỗi polymerase được sử dụng để xác minh các gen liên quan. Một số bệnh do vi khuẩn có thể được phân loại bằng cách nhận biết các trình tự cụ thể. Các bệnh do virus gây ra có thể được đặc trưng khi DNA hoặc RNA của virus được biến đổi và khuếch đại. Trong máu sàng lọc, nó có thể phát hiện viêm gan hoặc các bệnh lây truyền qua trung gian HIV ở giai đoạn rất sớm. Trong chẩn đoán khối u, nó được sử dụng để xác định các tế bào khối u. Điều này làm cho nó có thể phân loại khối u, đánh giá tiến trình của bệnh, sự thành công của điều trị và tiên lượng. Trong nghiên cứu, phản ứng chuỗi polymerase được sử dụng để xác định các gen liên quan đến các bệnh khác nhau. ). Những thứ này có thể hoạt động như những mô hình để nghiên cứu tốt hơn bệnh tật hoặc sản xuất protein có thể được sử dụng như thuốc.
Rủi ro và nguy cơ
Phản ứng chuỗi polymerase có tiềm năng rất lớn trong việc phát hiện một lượng nhỏ DNA. Để tận dụng vô số các khả năng và đề phòng các lỗi nghiêm trọng, phải tính đến các điều kiện tiên quyết nhất định và các nguồn lỗi khác nhau. Chỉ những phần của vật liệu di truyền mà trình tự của nó đã được biết ít nhất một phần mới có thể được khuếch đại. Các trình tự hoàn toàn chưa biết không thể được khuếch đại bằng phương pháp này. Các sản phẩm của bộ khuếch đại có thể được hình dung sau đó. Nếu tín hiệu mong đợi không hiển thị, mặc dù trình tự được tìm kiếm đã có mặt, thì kết quả âm tính giả sẽ xuất hiện. Thông thường, đây là kết quả của các điều kiện phản ứng không được tối ưu hóa hoặc kém tối ưu hóa. Chúng phải được xác định như một hàm của chuỗi mục tiêu. Với mục đích này, các cấu hình nhiệt độ và thời gian khác nhau, trình tự và lượng mồi cũng như nồng độ của các chất khác trong hỗn hợp phản ứng được kiểm tra. Kết quả dương tính giả hiển thị dưới dạng tín hiệu không thể gán cho sản phẩm mong muốn. Các vấn đề chính gây ra bởi sự lây nhiễm DNA có nguồn gốc từ người điều tra hoặc từ một nguồn khác với nguồn được phân tích. DNA có nguồn gốc vi khuẩn cũng ảnh hưởng đến kết quả của phản ứng chuỗi polymerase. Bằng cách đeo găng tay và hết sức cẩn thận, những lỗi như vậy có thể được ngăn chặn và có thể đưa ra kết luận đáng tin cậy về các sản phẩm khuếch đại.
