انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم (۶۶): ابداع PCR، اکتشافی کلیدی در بیولوژی مولکولی

توسعه PCR ، دستاوردی کلیدی در دنیای علم می‌باشد.

توسعه PCR ، دستاوردی کلیدی در دنیای علم می‌باشد. با گذشت زمان، این تکنیک بسیار فراتر از ایده اولیه خود رفته و پنجره‌های زیادی را برای محققان گشوده‌است. با گذشت ۲۰ سال از ابداع آن، این تکنیک مهیج پایه بسیاری از فرایندهای بیولوژی مولکولی شده و اساس پروژه ژنوم انسانی است.

تاریخچه تکنولوژی PCR، همانند بسیاری از پیشرفت‌های اساسی در علم، با ادعاها و مناقشات مختلف مخدوش شده‌است، و کماکان برخی از آن‌ها تا به امروز حل نشده‌است.

پیشرفت‌هایی در ساختار DNA 

در سال ۱۹۵۳، واتسون و کریک ساختار مارپیچ دوگانه DNA را کشف کردند که نشان داد DNA از دو رشته با بازهای مکمل روبه‌روی هم تشکیل شده‌است. از همه مهم‌تر، در گزارش‌ خود از یک مکانیسم احتمالی برای همانندسازی DNA صحبت کرده‌بودند. ساختار مارپیچ دوگانه‌آن‌ها برنده نوبل ۱۹۶۲ شد.

ترمیم DNA و فعالیت مکرر پلیمراز 

اولین DNAپلیمراز توسط Arthur Kornberg در سال ۱۹۵۷ شناسایی شد. این آنزیم برای شروع همانندسازی از الگو نیاز به یک پرایمر داشت و تنها می‌توانست DNA را تنها در یک جهت ایجاد کند. در سال ۱۹۷۱، Gobind Khorana برنده نوبل به دلیل نقش در کشف کدگذاری ژنتیک، همراه تیمی از محققان بر روی مکانیسم بازسازی DNA متمرکز شدند. این تکنیک به دنبال این بود که سنتز DNA را با استفاده از پرایمرهای مصنوعی ساده‌تر کند و قطعه ژن دلخواه را کپی کند.

با اینکه این تکنیک به کرّات توسط DNA پلیمراز استفاده می‌شود، همانند PCR تنها یک کمپلکس الگو-پرایمر را می‌تواند به کار گیرد  و با این تکنیک تقویت خرجی ممکن نیست. در همان زمان Kjell Kleppe از آزمایشگاه Khorana استفاده از سیستم دو پرایمری را برای تکثیر قطعه دلخواه پیش‌بینی کرد که پیش‌زمینه‌ای برای ابداع PCR شد.

تحقیق در شرکت Cetus

شرکت Cetus، یک کمپانی بیوتکنولوژی است که محل اکثر مطالعات مرتبط با PCR می‌باشد که در سال ۱۹۷۱ تاسیس شده‌است. Kary Mullis در شرکت Cetus سعی داشت تا الیگونوکلئوتیدها را به‌وسیله پروب‌ها، پرایمرها و بلاک‌هایی برای تکنیک‌های بیولوژی مولکولی مختلف سنتز کند. با اینکه آن الیگوها را دستی سنتز کرد، اما برخی الیگوها را مشاهده کرد که خود بخود سنتز شده‌بودند.

توالی‌یابی DNA و ظهور PCR

در سال ۱۹۷۷، Frederick Sanger یک متود توالی‌یابی DNA را شناسایی کرد شامل یک DNAپلیمراز، یک پرایمر و پیش‌سازهای نوکلئوتیدی بود که بخاطرش برنده جایزه نوبل ۱۹۸۰ شد. بنابراین در سال ۱۹۸۰، همه اجزا برای انجام PCR آماده‌بود.

با این حال، درسال ۱۹۸۳ هنگامی که Mullis می‌خواست که برخی ایرادات مطالعه‌اش را رفع کند، از متود توالی‌یابی Sanger استفاده کرد که آن پایه‌ای برای ایجاد یک تکنیک جدید شد. او پرایمر دومی را به رشته مخالف اضافه کرد و متوجه شد که استفاده مکرر از DNA پلیمرازها یک واکنش زنجیره‌ای را تحریک می‌کند که قطعه خاصی از DNA را تقویت می‌کند که تکنولوژی PCR را به وجود آورد.

تحلیل محصولات Southern Blotting – PCR

Mullis به آزمایش ایده‌هایش ادامه داد. اوایل از Thermal cycling استفاده نمی‌کرد ولی بعدا به طور مکرر استفاده می‌نمود. در سال ۱۹۸۴ Mullis همراه با تیم ارزیابی جهش‌های ژنتیکی در Cetus بر روی آزمایش‌هایی کار می‌کردند که توانایی PCR در Amplification دی‌ان‌ای ژنومی نشان می‌دهد. با اینکه محصول حاصله در اوایل قابل مشاهده در ژل الکتروفورز نبود، Southern Blotting افزایش در مقدار ژن دلخواه را تایید کرد.

DNA امپلیفیه شده در PCR با موفقیت توسط محققان شبیه‌سازی و توالی‌یابی شد. و در سال ۱۹۸۷ سپس به دنبال ثبت امتیاز PCR و موارد کاربردی‌اش رفتند. در همین هنگام این تیم از PCR برای کاربردهای دیگری از قبیل طراحی پرایمرها و پروب‌ها استفاده کردند.

DNA پلیمراز taq

یکی از دستاوردهای بزرگ در زمینه DNAپلیمرازها در سال ۱۹۶۹ اتفاق افتاد، هنگامی که Thomas Brock خبر از جداسازی گونه جدیدی از باکتری‌های ترموفیلیک به نام Thermus aquaticus خبر داد . DNA پلیمراز این باکتری، که taq  نام دارد، برخلاف بسیاری از DNAپلیمراز های موجود در آن زمان می‌توانست دمای بسیار بالایی را تحمل کند.

بعد از چندین تلاش نافرجام برای جداسازی DNA پلیمراز taq، دو محقق Susanne Stofffel و David Gelfand در سال ۱۹۸۵ توانستند این جداسازی را انجام دهند، بعدا ازمایش‌های Randy Saiki’s تایید کرد که این DNA پلیمراز برای PCR مناسب است. او در سال ۱۹۸۵ او گزارش این تکنیک سرنوشت‌ساز را به جامعه علمی عرضه کرد، سپس Mullis و همکارانش مقالاتی را در رابطه با PCR و کاربردهایش در ژورنال‌های علمی معتبر چاپ کردند.

Mullis در اکتبر ۱۹۹۳، کمتر از ۱۰ سال پس از ظهور PCR برنده جایزه نوبل شیمی شد. در دسامبر ۱۹۸۹ taq پلیمرازها توسط ژورنال علمی Science به عنوان مولکول سال معرفی شد.

محمد امین اکبرزاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *