תוֹכֶן
תגובת השרשרת הפולימראזית (PCR) והקרוב המדעי שלה, שכפול של גנים שהביעו, הם שתי פריצות דרך ביוטכנולוגיות של שנות השבעים והשמונים שממשיכות למלא תפקידים משמעותיים במאמץ להבין מחלות. שתי הטכנולוגיות המולקולריות הללו מעניקות למדענים את האמצעים לייצר יותר DNA בדרכים שונות.
היסטוריה
הביולוג המולקולרי קארי מוליס עשה מהפכה במדע הגנים כאשר הגה את תגובת שרשרת הפולימראז (PCR) באביב 1983, שהעניק לו את פרס נובל לכימיה ב -1993. פריצת דרך זו הגיעה לעקבי מחקר השיבוט שראשיתה בשנת 1902. שום התקדמות משמעותית בשיבוט לא התרחשה עד נובמבר 1951, כאשר צוות מדענים בפילדלפיה שיבט עובר צפרדע. הפריצה הגדולה התרחשה ב- 5 ביולי 1996, כאשר מדענים שיבטו "דולי" את הכבש מתא תא קיבה.
PCR ושיבוט
השיבוט הוא פשוט יצירת אורגניזם חי אחד לאחר, ויוצר שני אורגניזמים עם אותם גנים מדויקים. PCR מאפשר למדענים לייצר מיליארדי עותקים של פיסת DNA תוך שעות. למרות ש- PCR משפיע על טכנולוגיית השיבוט על ידי ייצור כמויות גדולות של DNA הניתן לשיבוט, PCR מתמודד עם הקושי בזיהום, שם ניתן לשכפל גם דגימה עם חומר גנטי לא רצוי ולהפיק DNA לא נכון.
כיצד עובד PCR
תהליך ה- PCR כולל פירוק DNA על ידי חימום אותו, דבר שמסיר את הסליל הכפול של ה- DNA לחוטים יחידים נפרדים. לאחר ההפרדה בין גדילים אלה, אנזים הנקרא DNA polymerase קורא את רצף חומצות הגרעין ומייצר גדיל כפול של DNA. תהליך זה חוזר על עצמו שוב ושוב, מכפיל את כמות ה- DNA בכל מחזור ומגביר את ה- DNA באופן אקספוננציאלי עד שנוצרים מיליוני עותקים של ה- DNA המקורי.
איך עובד שיבוט
שיבוט DNA כולל תחילה בידוד של המקור וה- DNA הווקטורי ואחר כך שימוש באנזימים בכדי לחתוך את שני ה- DNA הללו.בשלב הבא, מדענים קושרים את ה- DNA המקורי לווקטור עם אנזים DNA ligase המתקן את השבריר ויוצר גדיל DNA יחיד. אז ה- DNA מוחדר לתא אורגניזם מארח, שם הוא גדל עם האורגניזם.
יישומים
PCR הפך לכלי סטנדרטי במדע המשפטי מכיוון שהוא יכול להכפיל דגימות מאוד קטנות של DNA לבדיקות מעבדה מרובות. PCR הפך מועיל גם לארכיאולוגים לחקר הביולוגיה האבולוציונית של מיני בעלי חיים שונים, כולל דגימות בנות אלפי שנים. טכנולוגיית השיבוט הקלה יחסית על בידוד שברי DNA המכילים גנים לחקר תפקוד הגנים. מדענים מאמינים כי ניתן להשתמש בשיבוט אמין כדי להפוך את החקלאות לייצור יותר על ידי שכפול בעלי החיים והגידולים הטובים ביותר וגם כדי להפוך את הבדיקות הרפואיות ליותר מדויקות על ידי מתן חיות מבחן שכולן מגיבות באותה דרך לאותה תרופה.