PCR là chữ viết tắt của cụm từ Polymerase Chain Reaction, được dịch ở một vài
sách là Phản ứng chuỗi trùng hợp cũng có sách gọi là "phản ứng khuếch đại gen". PCR là một kỹ thuật phổ biến trong sinh học phân tử nhằm khuyếch đại (tạo ra nhiều bản sao) một đoạn DNA mà không cần sử dụng các sinh vật sống như E. coli hay nấm men. PCR được sử dụng trong các nghiên cứu sinh học và y học phục vụ nhiều mục đích khác nhau, như phát hiện các bệnh di truyền, nhận dạng, chẩn đoán những bệnh nhiễm trùng, tách dịng gene, và xác định huyết thống
1. Q trình phát hiện kỹ thuật PCR
Vào một buổi tối cuối tuần của tháng 4 năm 1983, trong lúc đang lái xe trên đường ở gần vùng đồi núi của California, một ý tưởng loé lên trong đầu của Kary Mullis khi ông phải lùi xe
lại do chạy lố đường, hình ảnh hai làn bánh xe mới tách khỏi hai làn bánh xe cũ: « Dùng nhiệt độ tách sợi đơi ADN thành hai mạch đơn ». Lúc đó Kary Mullis chỉ là một nhà hố sinh học bình thường, đang làm việc trong một phịng thí nghiệm nhỏ.
Từ ý tưởng đó, Kary Mullis đã phát minh ra kỹ thuật PCR (phản ứng chuỗi polymerase) vào năm 1985, tạo nên một cuộc cách mạng lớn trong đời sống khoa học. Chỉ sau 8 năm (1993), K. Mullis đã được trao giải Nobel về hoá học nhờ phát minh này.
1.2. Nguyên lý của kỹ thuật PCR
Từ một đoạn ADN chọn lọc , nó sẽ được nhân lên gấp hàng triệu lần hoặc hơn nữa trong một thời gian ngắn. Trong thời gian này, sự sao chép ADN được tạo ra trong môi trường in vitro như trong quá trình phân bào.
Để tạo được quá trình này, trước tiên chuỗi ADN kép được làm nóng đến mức bị tách thành hai nhánh đơn. Làm nguội các nhánh đơn này rồi nhờ xúc tác của enzym ADN polymerase và các tiền chất deoxynucleotid tương ứng để nhánh ADN bổ sung được tổng hợp. Trong ống nghiệm, quá trình này khơng thể tự xảy ra được mà phải có các đoạn ADN mồi (primers) sẽ tổng hợp với những vị trí bổ sung trên hai chuỗi đơn. Các đoạn mồi khởi động đặc thù thường được tổng hợp nhân tạo. Từ vị trí gắn của mồi khởi động, nhánh bổ sung sẽ được tổng hợp. Mồi khởi động mang tính đặc thù riêng cho mỗi ADN có trình tự nhất định. Với mỗi loại mồi khởi động thì chỉ ADN đặc hiệu với nó được sao chép.
Sau khi các chuỗi bổ sung đã được tổng hợp xong, hai chuỗi kép được tạo thành qua quá trình này sẽ lại được dùng nhiệt để tách ra và quá trình tổng hợp lại được lặp lại như trên để sản sinh ra 4 chuỗi ADN và cứ như thế tiếp diễn.
Bằng cách sử dụng một loại ADN polymerase bền với nhiệt (Taq polymerase), có thể trộn lẫn bệnh phẩm với các tiền chất deoxynucleotid, mồi thử cho hai chuỗi và polymerase, sau đó hỗn hợp này được đưa vào chu trình xử lý bằng nhiệt độ thích hợp với sự tách chuỗi, tiếp cận của mồi và tổng hợp các chuỗi bổ sung. Trong vịng 60 phút, sự khuếch đại có thể lên đến 1 triệu lần. ADN khuếch đại sẽ dễ dàng được phát hiện bằng các phương pháp khác nhau, thông thường nhất, bằng điện di trên gel agarose và nhuộm bằng ethidium bromide.
ADN polymerase chịu nhiệt đầu tiên được sử dụng có nguồn gốc từ vi khuẩn Thermus aquaticus(Taq polymerase). Hiện nay, hầu hết Taq polymerase đều được trích từ E. coli tái tổ hợp.
Tóm lại: PCR( polymerase Chain Reaction) là phương pháp tạo dòng in- vitro nhằm phát hiện và nhân đoạn ADN nhiều lần trong ống nghiệm.
Để thực hiện được phương pháp cần có: phân tử ADN ban đầu, hai đoạn ADN mồi ( primers ), mỗi mồi gồm khoảng 20 base, hai mồi này gắn ở 2 đầu của phân tử ADN ban đầu: mồi ngược và mồi xuôi. 4 loại nu ( dATP, dCTP, dGTP, dTTP ), Taq polymerase: enzym polymerase có tính chịu nhiệt độ cao, enzym này được tách chiết từ loài vi khuẩn Thermus aquaticus.
Phương pháp PCR thực hiện qua nhiều chu kỳ, mỗi chu kỳ gồm 3 giai đoạn: