პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია
პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (პჯრ) (ინგლ. Polymerase chain reaction, PCR) — ლაბორატორიული კვლევის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის (დნმ) განსაზღვრული მონაკვეთის მრავალი ასლის სწრაფი და ზუსტი მიღებისთვის. პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია იძლევა სხვადასხვა ექსპერიმენტისა და კვლევითი პროცედურისთვის დნმ-ის დიდი რაოდენობით ასლის დამზადების საშუალებას და ფართოდ გამოიყენება მოლეკულური ბიოლოგიის, სასამართლო-სამედიცინო ექსპერტიზის, ევოლუციური ბიოლოგიისა და სამედიცინო დიაგნოსტიკის სფეროებში.
პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის (პჯრ) მეთოდი 1983 წელს ამერიკელმა ბიოქიმიკოსმა კერი მულისმა შეიმუშავა და ამისთვის 1993 წელს მიიღო ნობელის პრემია ქიმიაში. პჯრ-ის გამოგონებამდე რეკომბინანტული დნმ-ის ფრაგმენტების ამპლიფიკაციისთვის, ანუ ასლების დამზადებისთვის, გამოიყენებოდა მეთოდები, რომელიც დაკავშირებული იყო დროის და შრომის დიდ დანახარჯებთან. პჯრ-ის ტექნოლოგიით შესაძლებელია რეპლიკაციის მრავალი ციკლის შესრულება და დნმ-ის ფრაგმენტის მილიარდობით ასლის დამზადება რამდენიმე საათში.
მეთოდის აღწერა
რედაქტირებაპჯრ-ის მეთოდი დაფუძნებულია უჯრედში მიმდინარე ბუნებრივ პროცესებზე, რომლის გზითაც ხდება დნმ-ის ახალი ჯაჭვების აწყობა (რეპლიკაცია). პჯრ მხოლოდ მცირე რაოდენობით ბიოლოგიურ ინგრედიენტს იყენებს. ძირითადი კომპონენტი არის დნმ-ის შაბლონი ანუ დნმ-ის ის მონაკვეთი (მაგალითად, გენი), რომლის ასლის დამზადებაცაა საჭირო. შაბლონად შესაძლებელია დნმ-ის მხოლოდ ერთი მოლეკულის გამოყენებაც კი. ერთადერთი ინფორმაცია, რაც ამ ფრაგმენტის რეპლიკაციისთვისაა საჭირო, არის ნუკლეოტიდების (დნმ-ის შემადგენელი ერთეულების) ორი მოკლე რეგიონის თანმიმდევრობა კვლევისთვის საინტერესო მონაკვეთის ორივე ბოლოში. ამ ორი მოკლე შაბლონური თანმიმდევრობის ცოდნა აუცილებელია ორი პრაიმერის სინთეზისთვის. პრაიმერები წარმოადგენს ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობებს, რომლებიც ებმის დნმ-ის შაბლონს შესაბამის (კომპლემენტურ) ადგილებზე და დნმ-ის რეპლიკაციის საწყის მონაკვეთებს ქმნის. დნმ-ის სინთეზი ორივე პრაიმერზე ერთმანეთის მიმართულებით მიმდინარეობს იმგვარად, რომ სამიზნე უბანი (რომლის ასლებიც მზადდება) მათ შორის მოექცეს. ამ პროცესისთვის ასევე საჭიროა თავისუფალი ნუკლეოტიდები, რომლებიც დნმ-ის ახალი ჯაჭვის ასაწყობად გამოიყენება და დნმ-პოლიმერაზა, ფერმენტი, რომლის დანიშნულება თავისუფალი ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული დამატებაა არსებული შაბლონის მიხედვით.
პჯრ სამეტაპიანი პროცესია, რომელიც განმეორებადი ციკლების სახით ხორციელდება. საწყისი ეტაპი არის დენატურაცია ანუ დნმ-ის მოლეკულის ორი ჯაჭვის განცალკევება. ეს მიიღწევა საწყისი მასალის გაცხელებით დაახლოებით 95°C-მდე. თითოეული ჯაჭვი ასრულებს შაბლონის როლს, რომელზეც ხდება ახალი ჯაჭვის აწყობა. მეორე ეტაპზე ტემპერატურა მცირდება 55°C-მდე, რაც შესაძლებელს ხდის პრაიმერების შაბლონთან მიბმას. მესამე ეტაპზე ტემპერატურა კვლავ იზრდება დაახლოებით 72°C-მდე და დნმ პოლიმერაზა იწყებს ბმული პრაიმერების დაბოლოებებზე ნუკლეოტიდების დამატებას. ციკლის დასასრულს, რომელიც დაახლოებით 5 წუთი გრძელდება, ტემპერატურა იმატებს და პროცესი თავიდან იწყება. ყოველი ციკლის შემდეგ დნმ-ის ასლების რაოდენობა ორმაგდება. ჩვეულებრივ, 25-30 ციკლი დნმ-ის საკმარის რაოდენობას წარმოქმნის.
პჯრ-ის თავდაპირველი ვერსიის ერთ-ერთი პრობლემას წარმოადგენდა ყოველი ციკლის შემდეგ დნმ პოლიმერაზის განახლების აუცილებლობა, ვინაიდან ეს ფერმენტი მაღალ ტემპერატურაზე არასტაბილური იყო. ეს საკითხი გადაჭრა 1987 წელს თერმოსტაბილური დნმ პოლიმერაზის (Taq) აღმოჩენამ. Taq-პოლიმერაზის გამოყოფა მოხდა თერმოფილური ბაქტერიიდან (Thermus aquaticus), რომელიც ცხელ წყაროებში სახლობს.
გამოყენება
რედაქტირებავინაიდან პჯრ იძლევა მრავალი სხვადასხვა წყაროდან დნმ-ის ამპლიფიკაციის საშუალებას, ეს მეთოდი ბევრ სხვადასხვა სფეროში გამოიყენება. პჯრ-ის გამოყენება შესაძლებელია გენეტიკური დაავადებების დიაგნოსტიკაში და ვირუსული ინფექციის დაბალი კონცენტრაციების დასადგენად. სასამართლო მედიცინაში ეს ტექნოლოგია გამოიყენება სისხლის და სხვა ბიოლოგიური ქსოვილების უმცირესი კვალის გამოსავლენად მათი კუთვნილების (გენეტიკური „თითის ანაბეჭდი“) განსაზღვრის მიზნით. პჯრ-ის საშუალებით მოხერხდა ასევე შენარჩუნებული ბიოლოგიური მასალიდან დნმ-ის ამპლიფიკაცია, მაგალითად, 40 ათასი წლის წინ გაყინული ბეწვიანი მამონტის ან ტორფიან ჭაობაში აღმოჩენილი 7,500 წლის წინ გარდაცვლილი ადამიანის შემთხვევაში.
