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聚合酵素鏈鎖反應
Polymerase Chain Reaction, PCR
臺大醫院基因醫學部  
95.04.03.

一種使特定DNA片段大量複製的技術,DNA增殖技術應用層面非常廣。它可以在很短的時間內,準確的將某一特定的序列進行量的放大,而使得原先可能才只有幾個pg的DNA增加至mg,此時偵測起來就大為容易。利用PCR針對基因改造部份的DNA片段進行複製,如果PCR的結果可以獲得該片斷的複製產物,即代表檢體含有欲檢驗的基因改造成份;如果沒有複製產物,或複製產物與預設的不相同,則代表檢體不含欲檢驗的基因改造成份。

  PCR1  

PCR原理動畫 資料來源行政院衛生署

藥物食品檢驗局
其原理十分簡單,在要擴增的DNA片段兩端分別設計一個前置引子(forward primer)和反置引子(reverse primer)使之與已變性的單股目標DNA緩冷配對(annealing)後,利用DNA聚合酵素(DNA polymerase)以目標DNA的兩股分別做為模板(template)來合成新的DNA股。經由下列反應:
(1) DNA變性反應(denaturation),使DNA的兩股分離。
(2) 引子緩冷配對反應(annealing),使引子與目標DNA配對。
(3) 引子延長反應(extension),合成新的DNA股。

  PCR2  

這個DNA的量已足夠在凝膠電泳中觀察到。操作過程為三大部份:
(1) 以高溫(92℃-95℃)使雙股模板DNA分離(denature)
(2) 使引子與單股模板DNA做緩冷配對(40℃-52℃)
(3) 再將溫度調整到DNA聚合酵素作用的有效溫度而合成新的DNA股。

一般使用的DNA聚合酵素的有效作用溫度是37℃,因此在高溫分離雙股時會破壞DNA聚合酵素的活性,然而在耐高溫的細菌(Thermus aquaticus)中分離出來的DNA聚合酵素(Taq DNA polymerase)在95℃中其活性的半衰期(half life)長達40分鐘,故可供PCR操作使用。Taq聚合酵素的有效作用溫度為72℃,在這溫度下,每分鐘可合成2000-4000個核?酸(nucleotides)。由於Taq聚合酵素的發現,使聚合酵素鏈鎖反應(PCR)之操作得以自動化。

聚合酵素鏈鎖反應(PCR)除了是一個診斷工具外,更重要的是它有廣泛的運用。PCR本身可直接用來鑑定特定基因的存在與否,也可以用來偵測基因是否有異常(突變,缺失,重組等)。在醫學上對遺傳疾病或腫瘤癌症的診斷及預後的評估;對細菌、病毒及黴菌感染的診斷。它也可成為一個生產線進而大量複製特定的基因進行基因密碼的讀取(DNA sequencing)及其他的運用。

也可進行DNA指紋(Fingerprints)比對協助親子鑑定;更可以用於器官移植組織相容性HLA的分析。而在演化上的分析,經由聚合酵素鏈鎖反應(PCR)的運用也產生重大的進展。近來在生物醫學的研究上,特別是細胞間訊息的傳遞分子,諸如介白質(Interleukines)與各種生長因子(Growth factors)基因的表現都可用聚合酵素鏈鎖反應(PCR)來進行質與量的分析。

生物醫學是人類發展中極重要的一環,在過去像聚合酵素鏈鎖反應(PCR)這樣影響深遠的技術實在很難找到。其全方位的運用,在未來的生物醫學領域中,將繼續扮演舉足輕重的功能與角色。

 
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