Czym jest intrygująco brzmiąca reakcja łańcuchowa polimerazy? W skrócie – to sposób, aby uzyskać wiele kopii tej samej cząsteczki DNA. PCR przeprowadza się oczywiście w warunkach laboratoryjnych – proces jest poddawany nieustannej kontroli przez wyspecjalizowane maszyny oraz nadzorowi wyszkolonego personelu. Podczas reakcji w odpowiedni sposób steruje się temperaturą środowiska procesu – na przemian stosuje się wielokrotne ogrzewanie i oziębianie poddawanej powielaniu próbki.
Czego natomiast potrzebujemy, aby prawidłowo przeprowadzić reakcję PCR? Przede wszystkim niezbędne jest DNA matrycowe, a więc fragment materiału genetycznego, który ma zostać powielony. Należy także wprowadzić do mieszaniny reakcyjnej nukleotydy – swoisty materiał budulcowy nowej cząsteczki DNA, około 20-nukleotydowe primery (inaczej startery), które stanowią fragmenty rozpoczynające syntezę nowej nici oraz enzym aktywny niezależnie od wahań temperatur – termostabilną polimerazę DNA – głównego wykonawcę PCR. Jedną z częściej stosowanych polimeraz jest enzym izolowany z bakterii Thermus aquaticus – tak zwana polimeraza Taq.
Przyjrzyjmy się teraz samemu przebiegowi reakcji PCR. Jest on dość skomplikowany, aczkolwiek bardzo logiczny. Wyróżniamy trzy główne etapy w PCR – każdy z nich zachodzi w innej temperaturze. Etap pierwszy nosi miano denaturacji. Odbywa się w warunkach temperatury bardzo wysokiej – 95 stopni Celsjusza. Dochodzi wówczas do rozrywania wiązań, które w warunkach fizjologicznych utrzymują DNA jako strukturę dwuniciową i posiadającą formę helisy. Dzięki denaturacji dochodzi zatem do powstania DNA jednoniciowego. Następnie przychodzi czas na annealing, a więc dołączanie primerów do jednoniciowej matrycy materiału genetycznego. Proces ten zachodzi w temperaturze mieszczącej się w zakresie 45 – 60 stopni Celsjusza. Etap trzeci (około 72 °C) stanowi tak zwana elongacja. Jest to po prostu proces syntetyzowania cząsteczki DNA komplementarnej do jednoniciowej matrycy z nukleotydów obecnych w mieszaninie. Te trzy etapy powtarzają się podczas PCR wielokrotnie.
Gdzie reakcja łańcuchowa znajduje zastosowanie? W szeregu licznych dziedzin. Między innymi w badaniach nad genomami, diagnostyce poszczególnych schorzeń, kryminalistyce, ustalaniu ojcostwa, potwierdzaniu tożsamości osób zaginionych, w paleontologii, klonowaniu genów… Jak widać, Kary Mullis ułatwił rozwój wielu dziedzinom nauki.
Opracowano również pewne modyfikacje metody PCR, które w określonych przypadkach wydają się być skuteczniejsze i prostsze w wykonaniu. Do odmian PCR należą np. RT-PCR, ASA-PCR czy PCR-OLA.