บล็อก เกี่ยวกับ เทคโนโลยี PCR เปลี่ยนแปลงวิทยาศาสตร์และการวินิจฉัยชีวิต

คุณเคยสงสัยบ้างไหมว่า DNA ขนาดเล็กๆ สามารถ "สําเนา" ได้เป็นล้านๆ หรือแม้กระทั่งเป็นพันล้านๆ ครั้งในห้องทดลองเทคนิคปฏิวัติในชีววิทยาโมเลกุลเรียกว่า "เครื่องพิมพ์ DNA" เทคโนโลยีนี้ไม่ได้เพียงแค่เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกระบวนการพื้นฐานของชีวิต แต่ยังแสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่ไม่มีคู่แข่งในการวินิจฉัยโรคการวิเคราะห์ทางวิจัยคดีการพัฒนาพันธุ์ทางการเกษตร และอื่นๆ

การพัฒนาเทคโนโลยี PCR เกิดจากการสํารวจลึกของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกลไกการจําลอง DNA การวิจัยเกี่ยวกับการจําลอง DNA แผ่นเดียวได้ปรากฏขึ้นตั้งแต่ปี 1970แต่ความก้าวหน้าที่แท้จริงเกิดขึ้นในปี 1983 เมื่อแครี่ มัลลิส (Kary Mullis) สร้างวิธีการ PCRเทคนิคของเขาทําให้การขยายขนาดของชิ้นส่วนดีเอ็นเอเฉพาะเจาะจงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เปิดแนวทางใหม่ในการวิจัยวิทยาศาสตร์ชีวิตความสําเร็จที่สําคัญนี้ทําให้มูลลิส ได้รับรางวัลโนเบลด้านเคมีในปี 1993.

หลักของ PCR คือการขยายขนาดของชิ้นส่วน DNA ที่เป้าหมายเป็นตัวอัตราต่อเนื่อง ผ่านวงจรอุณหภูมิที่ควบคุมได้อย่างแม่นยํา

1. การลดธรรมชาติ:โครงสร้าง DNA แผ่นยางคู่ถูกทําความร้อนถึงอุณหภูมิสูง (โดยทั่วไป 94-98 ° C) โดยทําลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานเพื่อแยกยาง
2. การผสมผสานอุณหภูมิถูกลดลง (โดยทั่วไป 50-65 ° C) ทําให้โมเลกุล DNA สั้นสังเคราะห์ที่เรียกว่าไพรเมอร์สามารถผูกพันธุ์โดยเฉพาะกับภูมิภาคเป้าหมายบน DNA สายเดียว
3. ขยาย:อุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึงช่วงกิจกรรมที่ดีที่สุดสําหรับ DNA polymerase (โดยทั่วไป 72 °C) โดยที่เอนไซม์จะสังเคราะห์เชื้อ DNA เพิ่มเติมใหม่เริ่มต้นจากตัวเบื้องต้น

การ ปฏิทิน ใน การ ปฏิทินการปรับปรุงทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องได้เพิ่มประสิทธิภาพของ PCR เป็นอย่างมาก, ความรู้สึกและความเฉพาะเจาะจง, ขยายการใช้งานของมันในสาขาต่างๆ

DNA polymerase ทําหน้าที่เป็น "เครื่องยนต์" ที่จําเป็นของปฏิกิริยา PCR โดยสังเคราะห์เส้น DNA ใหม่ตาม DNA แมปชั่นการเพิ่มนิวเคลียอติดไปยังปลาย 3′ ของไพรเมอร์ ขณะที่ขยายเส้น DNA ในทิศทาง 5′ ถึง 3′.

การทดลอง PCR แรกใช้ชิ้นส่วนของ DNA polymerase I จากโรค Escherichia coliอย่างไรก็ตาม ความรู้สึกต่อความร้อนของเอนไซม์นี้ในช่วงขั้นตอนการลดความร้อนที่มีความร้อนสูง ต้องการการเติมเต็มด้วยมือ ซึ่งจํากัดประสิทธิภาพของ PCR และศักยภาพการอัตโนมัติอย่างมาก

การค้นพบพอลิมเรซส์ DNA ที่ทนความร้อน เป็นจุดสําคัญในการพัฒนา PCRในปี 1976 นักวิทยาศาสตร์ได้แยกทาคโพลิเมเรซ DNA จากแบคทีเรียที่รักความร้อนโรคสะกดน้ําณ อุณหภูมิสูง เมื่อปี 1988 นักวิจัยได้แสดงว่าทาคpolymerase ยังคงมีกิจกรรมอยู่เหนือ 75 °C ทําให้การปฏิกิริยา PCR ต่อเนื่องได้โดยไม่ต้องเพิ่มเติมเอนไซม์ด้วยมือ และเปิดช่องทางให้มีการอัตโนมัติE. coliโพลิเมเรซ DNAทาคสามารถขยายกระแส DNA ยาวๆ ด้วยความรู้สึกเฉพาะเจาะจง และผลผลิตที่สูงกว่าวิทยาศาสตร์นิตยสารชื่อทาคโพลิเมเรซ "โมเลกุลของปี" ในปี 1989

ถึงแม้ว่าจะมีความก้าวหน้าเหล่านี้ทาคโพลีเมเรซมีข้อจํากัด ความมั่นคงของมันลดลงในระหว่างการปรับปรุงความร้อนสูงเกิน 90 °C ซึ่งอาจส่งผลต่อการขยายของกราฟฟิลด์ที่รวยด้วย GC หรือมีโครงสร้างที่ซับซ้อนทาคไม่มีความสามารถในการแก้ไขความผิดพลาด บางครั้งนําเข้าความผิดพลาดระหว่างการจําลอง DNAลักษณะที่มีความเสี่ยงต่อความผิดพลาดนี้ยังจํากัดการขยายของชิ้นส่วน DNA ยาว (โดยทั่วไปต่ํากว่า 5kb)นักวิจัยยังคงพัฒนาพอลิเมเรซดีเอ็นเอชั้นนํา เพื่อตอบสนองการใช้งาน PCR ที่หลากหลายมากขึ้น

ก่อนที่จะมีเครื่องจักรไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้า การทดลอง PCR จําเป็นต้องใช้แรงในการถ่ายถ่ายตัวอย่างด้วยมือ ระหว่างน้ําอาบน้ําที่มีความร้อนแตกต่างกันพร้อมพอลิเมเรซ DNA ที่ทนความร้อน, เปลี่ยนแปลงวิธีการ PCR.

ในปี 1985 เปอร์คินเอลเมอร์และเซทัสนําตัวจักรไฟฟ้าอัตโนมัติครั้งแรกมานํา PCR เข้าสู่ยุคอัตโนมัติ เครื่องมือที่ทันสมัยมีความแม่นยําของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและอินเตอร์เฟซที่ใช้ได้ง่าย, ปรับปรุงประสิทธิภาพการทดลองและความสามารถในการผลิตใหม่ได้อย่างมากการผสมผสานการขยาย DNA กับการตรวจจับแสงสว่างในเวลาจริง เพื่อกําหนดปริมาณตัวแบบ DNA ที่เริ่มต้นได้อย่างแม่นยํา.

จากการวิจัยพื้นฐาน ไปยังการวินิจฉัยทางคลินิก การวิเคราะห์ทางคดี ไปยังการทดสอบความปลอดภัยอาหาร เทคโนโลยี PCR ผ่านทุกมุมของวิทยาศาสตร์ชีวิตการวิเคราะห์การแสดงออกในทางคลินิก PCR ทําให้สามารถตรวจหาเชื้อโรค (ไวรัส แบคทีเรีย) และการกลายพันธุ์พันธุกรรมได้อย่างรวดเร็วและแม่นยําการให้ข้อมูลสําคัญสําหรับการวินิจฉัยและรักษาโรคในระยะต้นนักวิทยาศาสตร์ทางการพิจารณาคดีใช้ PCR เพื่อระบุบุบุคคลจากตัวอย่าง DNA น้อย ๆ ช่วยในการสืบสวนคดีอาญา ในเกษตร PCR ช่วยระบุพันธุกรรมที่ต้องการในพืชและสัตว์การเร่งโปรแกรมการพัฒนาพันธุ์ที่ดีขึ้น.

ขณะที่เทคโนโลยี PCR ได้บรรลุความวัยรุ่น การนวัตกรรมยังคงดําเนินการและการนําความฉลาดประดิษฐ์มาใช้ในการปรับปรุง PCRความก้าวหน้าเหล่านี้สัญญาที่จะเสริมสร้างบทบาทของ PCR ในการพัฒนาสุขภาพมนุษย์และการค้นพบทางวิทยาศาสตร์