ポリメラーゼ連鎖反応
PCR法は、試薬を混交したDNA溶液の温度を上げて下げる、という一連の熱サイクルによって動作する。このDNAサンプルの加熱と冷却の繰り返しサイクルの中で、二本鎖DNAの乖離、プライマーの結合、酵素反応によるDNA合成、という3つの反応が進み、最終的に特定領域のDNA断片が大量に複製される。
PCR法では、増幅対象(テンプレート)のDNAサンプルの他に、大量のプライマー(標的DNA領域に相補的な配列を持つ短い一本鎖DNA〈オリゴヌクレオチド〉)とDNAの構成要素である遊離ヌクレオチド、そしてポリメラーゼの一種であるDNA合成酵素(DNAポリメラーゼ)という3つの試薬を使用する。
最初のステップでは、DNA二重らせんの2本鎖DNAを高温下で変性させ、1本鎖DNAに物理的に分離する。変性が起こる温度は、DNAの塩基構成および長さ(塩基数)によって異なり、一般に長いDNAほど温度を高くする必要がある。
次に、この1本鎖DNAを含む溶液を冷却して、プライマーを一本鎖DNAの相補配列部位に結合させることで、部分的に2本鎖を作らせる(アニーリング)。冷却が急速であると、長いDNA同士では再結合して2本鎖になることは難しいが、短いDNA断片(オリゴヌクレオチド)は容易に結合できることを利用している。この結果、対象とする長い1本鎖DNAの一部にプライマーが結合したものができる。
がんの多くの形態は、がん発生に関連する各種遺伝子(がん遺伝子)の配列変化を伴うが、PCR技術を活用してこの突然変異を分析することで、治療方針を患者に合わせて個別にカスタマイズできる可能性がある。またPCRは、白血病やリンパ腫などの悪性疾患の早期診断を可能にする。がん研究分野で開発が進められており、現在ではすでにPCRは日常的に使用されている。ゲノムDNAサンプルを直接PCRでアッセイすることで、転座特異的悪性細胞を他の方法よりも少なくとも10,000倍高い感度で検出できることが報告されている。PCRはまた、腫瘍抑制因子の分離と増幅も可能にする。たとえば、定量PCRを使用して単一細胞を定量し、DNAやmRNA、タンパク質の存在量と組み合わせを解析することが可能である。
逆転写酵素によりRNAをcDNAにしてからPCRを行う方法。
ヒトのゲノム(30億塩基対)のような長大なDNA分子を含む検体中から、特定のDNA断片(数百から数千塩基対)だけを選択的に増幅させることができる。
極めて微量なDNA量で目的を達成できる。
短時間で増幅反応を完了できる。増幅に要する時間が2時間以下程度と短い。
使用機器(PCR機)等は共通のまま、病原体ごとに特異的なプライマーを用いることで検査が可能である。
病原体は死滅していても(感染力を失っていても)標的核酸が保存されていれば増幅でき、危険な病原体でも不活化してから検査することができる。
Nested PCR、リアルタイムPCRなどを利用することで感度を上げることができる。