目次
近年、病原微生物の検出や犯罪捜査、体質のリスク診断などで遺伝子検査が多用されています。
特にここ数年は新型コロナウイルス感染症の検査として、PCRという言葉を毎日のように耳にされているのではないでしょうか。
この記事では、PCRという言葉は知っているが詳しくは分からない、という方に向けて、PCRの原理をご紹介いたします。
特にここ数年は新型コロナウイルス感染症の検査として、PCRという言葉を毎日のように耳にされているのではないでしょうか。
この記事では、PCRという言葉は知っているが詳しくは分からない、という方に向けて、PCRの原理をご紹介いたします。
PCRとは？
PCRは、Polymerase Chain Reaction（ポリメラーゼ連鎖反応）の頭文字を取った用語で、DNAの特定の領域を増幅するための手法です。
DNAの熱変性、一本鎖DNAへのプライマーの結合、DNAポリメラーゼという酵素による相補鎖合成という工程を25～30回繰り返し、目的のDNAを数時間で100万倍に増幅することが可能です。
DNAの熱変性、一本鎖DNAへのプライマーの結合、DNAポリメラーゼという酵素による相補鎖合成という工程を25～30回繰り返し、目的のDNAを数時間で100万倍に増幅することが可能です。
DNAとは？
DNAはDeoxyribonucleic acid（デオキシリボ核酸）の頭文字をとったもので、遺伝情報を担う物質です。
2本の鎖がからまった二重らせん構造をとり、それぞれの鎖はアデニン（A）、グアニン（G）、チミン（T）、シトシン（C）の4種類の物質（塩基）が連なって構成されています。
DNAが二本鎖の構造をとる際には、対合する塩基間に水素結合が形成されます。対合する塩基の組み合わせは特異的で、AとT、GとCが必ずペアになります。これを「相補性」と言います。
2本の鎖がからまった二重らせん構造をとり、それぞれの鎖はアデニン（A）、グアニン（G）、チミン（T）、シトシン（C）の4種類の物質（塩基）が連なって構成されています。
DNAが二本鎖の構造をとる際には、対合する塩基間に水素結合が形成されます。対合する塩基の組み合わせは特異的で、AとT、GとCが必ずペアになります。これを「相補性」と言います。
プライマーとは？
PCRの際に必要となるプライマーもDNAですが、こちらの構造はごく短い一本鎖のDNAです。
増幅を行いたいDNA領域を設定し、その領域を挟むようにペアでプライマーを設計、合成します。このペアをForward/ReverseあるいはSense/Antisenseと呼ぶことがあります。
増幅を行いたいDNA領域を設定し、その領域を挟むようにペアでプライマーを設計、合成します。このペアをForward/ReverseあるいはSense/Antisenseと呼ぶことがあります。
PCR反応
- DNAの熱変性
- 鋳型となる二本鎖DNAを熱変性させて一本鎖DNAに解離させます。
DNAは塩基間の水素結合により二本鎖になっていますが、94～98℃に温度を上昇させると、その塩基間の水素結合が切断され、二本鎖DNAが一本鎖に解離します。
- 一本鎖DNAへのプライマー結合
- 一本鎖になったDNAにプライマーを結合させます。
温度を50℃～65℃に下げると、一本鎖になったDNAは再び二本鎖に戻ろうとしますが、反応液に加えてあるプライマーは元のDNAよりも短く、量も多いため、元のDNAが二本鎖に戻るよりも優先して鋳型のDNAに結合します。
この時、塩基のA-T、G-Cの相補性により、特定の位置にプライマーは結合します。
- DNAポリメラーゼによる相補鎖の合成
- DNAポリメラーゼによって、プライマーを起点として元のDNAの配列を基にした相補的な鎖を新たに合成します。温度をDNAポリメラーゼの至適温度（68～72℃）まで上昇させると、DNAポリメラーゼによる合成反応が開始されます。
- 上記の一連の工程で、目的のDNAは2倍になります。この工程を繰り返すことで、目的DNAを理論的には100万倍にまで増幅できます。
まとめ
PCRは汎用性の高い技術であり、分子生物学の研究分野だけではなく、医療分野で癌やエイズなどの研究、診断、食品分野での微生物検査、遺伝子組み換え作物の検定、米、肉の品種鑑定、法医学分野での親子鑑定、犯罪捜査など多彩な分野で応用されています。
PCRの目的や増幅したいDNA領域の長さ、鋳型DNAの精製度などによって、使用するDNAポリメラーゼ（PCR酵素）を使い分けることで、最適な結果を得ることが可能です。
これからPCR実験を始める方を対象として、実験を行う際の留意点を解説した資料がございます。
こちらも是非ご一読ください。 PCR実験の手引き
PCRの目的や増幅したいDNA領域の長さ、鋳型DNAの精製度などによって、使用するDNAポリメラーゼ（PCR酵素）を使い分けることで、最適な結果を得ることが可能です。
これからPCR実験を始める方を対象として、実験を行う際の留意点を解説した資料がございます。
こちらも是非ご一読ください。 PCR実験の手引き
PCR検査と微生物推定解析セミナー
「現場で使えるPCR検査と微生物推定解析の基本」セミナーを行います。PCR／リアルタイムPCRの原理などの基礎概論から、一般細菌などの衛生指標菌やサルモネラなどの食中毒菌の検出、第十八改正日本薬局方「遺伝子解析による微生物の迅速同定法」に収載された微生物推定解析（細菌・真菌）まで、企業における工程管理の現場で役立つ基本情報をわかりやすく解説します。あわせて、現場での検査にご利用いただける関連製品をご紹介します。
開催日時 8月22日(金) 14:00-15:00
15 件
uenakay
