PCR یا Polymerase Chain Reaction (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) یکی از پرکاربردترین تکنیک‌های زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک است که برای تکثیر سریع و دقیق DNA در آزمایشگاه به‌کار می‌رود. این روش در سال ۱۹۸۳ توسط دکتر کری مولیس (Kary Mullis) ابداع شد و با ایجاد انقلاب در تحقیقات ژنتیکی، تشخیص بیماری‌ها، پزشکی قانونی، و آنالیز DNA مسیر تازه‌ای برای علم زیست‌مولکولی گشود. مولیس برای این دستاورد بزرگ در سال ۱۹۹۳ جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.

🔬 اساس کار PCR

PCR را می‌توان نوعی فتوکپی مولکولی DNA دانست. در این روش، با کمک آنزیمی به نام DNA پلیمراز مقاوم به حرارت (Taq polymerase)، بخش خاصی از DNA میلیون‌ها بار در مدت کوتاهی تکثیر می‌شود.
این واکنش در دستگاهی به نام ترموسایکلر (Thermocycler) انجام می‌شود که دما را در چرخه‌های متوالی تغییر می‌دهد تا مراحل PCR به‌صورت خودکار پیش بروند.

⚙️ مراحل انجام PCR (چرخه‌های دمایی)

فرآیند PCR معمولاً شامل ۲۵ تا ۴۰ چرخه است و هر چرخه سه مرحله دارد:

1. دناتوراسیون (Denaturation)

   • دما: ۹۴–۹۸ درجه سانتی‌گراد

   • عمل: شکستن پیوندهای هیدروژنی و جدا شدن دو رشته DNA

2. اتصال پرایمرها (Annealing)

   • دما: ۵۰–۶۵ درجه سانتی‌گراد

   • عمل: اتصال دو پرایمر (Primers) به نواحی مکمل در DNA هدف

3. گسترش یا امتداد (Extension / Elongation)

   • دما: ۷۲ درجه سانتی‌گراد

   • عمل: آنزیم Taq پلیمراز از پرایمرها شروع به سنتز رشته جدید DNA می‌کند.

در پایان هر چرخه، تعداد نسخه‌های DNA دو برابر می‌شود و این تکثیر به‌صورت نمایی ادامه می‌یابد.

🧪 اجزای اصلی واکنش PCR

برای انجام یک واکنش موفق PCR، ترکیبات زیر ضروری هستند:

• DNA الگو (Template DNA): مولکول هدف برای تکثیر

• پرایمرها (Primers): دو توالی مصنوعی برای آغاز سنتز DNA

• dNTPها: مواد اولیه ساخت رشته جدید DNA

• آنزیم Taq پلیمراز: آنزیم مقاوم به حرارت استخراج‌شده از Thermus aquaticus

• بافر (Buffer): تنظیم‌کننده pH و غلظت Mg&sup۲;⁺

• آب دی‌یونیزه یا مقطر: برای تنظیم حجم نهایی واکنش

🧫 انواع PCR و کاربردهای آن

🔹 انواع PCR

• PCR معمولی (Standard PCR): تکثیر ساده DNA

• RT-PCR (Reverse Transcription PCR): برای تبدیل RNA به cDNA و تکثیر آن

• qPCR یا Real-Time PCR: برای کمی‌سازی در زمان واقعی

• Digital PCR (dPCR): برای اندازه‌گیری دقیق تعداد مولکول‌های DNA

• Multiplex PCR: تکثیر هم‌زمان چند ناحیه ژنی

🔹 کاربردهای PCR

• تشخیص بیماری‌های ژنتیکی و ویروسی: مانند COVID-۱۹، HIV، سرطان‌ها

• تحقیقات ژنتیکی و مولکولی: کلونینگ، توالی‌یابی، بررسی جهش‌ها

• پزشکی قانونی: تحلیل DNA از نمونه‌های صحنه جرم

• کشاورزی و بیوتکنولوژی: شناسایی GMOها، بیماری‌های گیاهی

• باستان‌شناسی مولکولی: استخراج DNA از فسیل‌ها یا بقایای انسانی

✅ مزایا و معایب PCR

مزایا

• حساسیت بالا: تکثیر از حتی یک مولکول DNA

• سرعت بالا: نتایج در چند ساعت

• اختصاصیت بالا: در صورت طراحی دقیق پرایمرها

چالش‌ها و محدودیت‌ها

• احتمال آلودگی: نیاز به محیط استریل و کنترل نمونه‌ها

• خطاهای آنزیمی: استفاده از پلیمرازهای با وفاداری بالا ضروری است

• نیاز به طراحی دقیق پرایمرها و بهینه‌سازی شرایط دمایی

🧭 جمع‌بندی

تکنیک PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) ابزاری کلیدی در زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک است که امکان تکثیر سریع، دقیق و اختصاصی DNA را فراهم می‌کند. آشنایی با مراحل انجام PCR، اجزا، و انواع مختلف آن برای تمامی پژوهشگران حوزه ژنتیک، بیوتکنولوژی، پزشکی، کشاورزی و حتی پزشکی قانونی ضروری است.