تفاعلات البلمرة (PCR): الأساسيات والتطبيقات

تفاعل السلسلة البوليميرازية (PCR) هو تقنية علم الأحياء الجزيئي واسعة الاستخدام تعمل على تكبير قطعة معينة من الحمض النووي. وضعته كاري موليس في عام 1983، حيث ثورت هذه التقنية العديد من المجالات في البحث البيولوجي وتشخيص الأمراض والتحليل الجنائي. تسمح هذه التقنية للعلماء بإنتاج الملايين أو حتى المليارات من نسخ معينة من تسلسل الحمض النووي، حتى إذا كان هذا التسلسل موجودًا بكميات صغيرة في البداية.

إليك نظرة أساسية عن عملية PCR:

1. المكونات:

أ. القالب الحمضي النووي (DNA Template): هو القطعة من الحمض النووي التي ترغب في تكبيرها.

ب. البادئات (Primers): هي تسلسلات قصيرة من الحمض النووي الفردي تحيط بالمنطقة المستهدفة وتعمل كنقاط بداية لتخليق الحمض النووي.

ج. البوليميراز الحمضية النووية (DNA Polymerase): هي إنزيم يقوم بتخليق سلسلة جديدة من الحمض النووي المتكامل مع القالب الحمضي النووي. الـTaq polymerase، المشتقة من بكتيريا Thermus aquaticus، هي الأكثر استخدامًا في PCR.

د. النوكليوتيدات (Nucleotides): A, T, C, وG (الآدينين، الثايمين، السيتوزين، والجوانين) وهي بنية الحمض النووي.

2. خطوات PCR:

أ. فصل القوالب (Denaturation):

• درجة الحرارة: 94-98 درجة مئوية

• المدة: 20-30 ثانية

• الغرض: تسخين القالب الحمضي النووي لدرجة حرارة عالية لفصله إلى قسمين.

ب. التلزيق (Annealing):

• درجة الحرارة: 50-65 درجة مئوية

• المدة: 20-40 ثانية

• الغرض: تلزيق البادئات بالتسلسلات المكملة على كل قالب من القوالب الفردية.

ج. التمديد (أو التطويل) (Extension):

• درجة الحرارة: 72 درجة مئوية

• المدة: 10-60 ثانية

• الغرض: تخليق البوليميراز الحمضية النووية لسلسلة جديدة من الحمض النووي مكملة لسلسلة القالب الحمضي النووي.

3. تكرار:

• تُكرر الخطوات 1-3 لمدة 20-40 دورة، مما يؤدي إلى تكبير التسلسل الحمضي المستهدف بشكل هائل.

4. تمديد نهائي:

• درجة الحرارة: 70-74 درجة مئوية

• المدة: 5-15 دقيقة

• الغرض: ضمان تمديد جميع الحمض النووي الفردي المتبقي.

5. الاحتفاظ النهائي:

• درجة الحرارة: 4-15 درجة مئوية

• الغرض: عادة يتم الاحتفاظ بالتفاعل عند درجة حرارة منخفضة لتثبيت الحمض النووي المكبس.

تطبيقات PCR:

• البحث: يُستخدم PCR لدراسة تعبير الجينات، وتحليل التحولات الجينية، وتسليسل الحمض النووي.

• التشخيص: يُستخدم PCR في التشخيص الطبي لاكتشاف الأمراض المعدية والاضطرابات الوراثية والسرطان.

• العلم الجنائي: يُستخدم PCR لتحليل الحمض النووي من مواقع الجريمة أو تحديد هويات الأفراد.

• الهندسة الوراثية: يُعتبر PCR أداة رئيسية في تلاعب الحمض النووي لعمليات الاستنساخ وتقنيات الهندسة الوراثية الأخرى.