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PCRとは


PCRとは

動物、植物、菌、ウイルスなど生き物はすべてDNA(若しくはRNA)をもっており、このDNAは2本鎖でハシゴのような構造になっています。ヒトゲノムでは約30億対にもなるDNAですが、その中にその生き物特有の「配列」が存在し、その配列を検知する事により、生き物の種類を特定することができます。この「配列の種特異的な部分を検出する」事に着目し、僅かな生き物の断片からその生き物を特定する事を目的とした方法の一つがPCRという遺伝子増幅技術です。

PCRでさまざまなDNAの測定が可能に!

PCR(Polymerase Chain Reaction=ポリメラーゼ連鎖反応)とは、DNAを増幅するための原理、もしくはそれを用いた手法の事で、以下のような特徴を持っています。

  • ヒトゲノム(30億塩基対)のように、非常に長大なDNA分子の一部、特定のDNA断片のみを選択的に増幅できる方法であり、しかも、極めて微量の試料からその目的を達成することができます。
  • 増幅・検出にかかる時間が短い。
  • プロセスが単純なため、全自動の装置を用いることで、簡単に目的が達成できます。

PCRの原理

2本鎖DNAは、水溶液中で高温になると「変性」(熱変成)し、1本鎖DNAに分離します。「熱変性」が起こる温度は、DNAの塩基構成および長さによって異なり、長いDNAほど高い温度です。
高温に曝されされて1本鎖DNAとなった溶液を冷却していくと、相補的なDNAが互いに結合し再び2本鎖となります(アニーリング)。
PCR法では、増幅対象(鋳型)DNA、DNA合成酵素(DNAポリメラーゼ)および大量のプライマーと呼ばれるオリゴヌクレオチドを予め混合し、前述の熱変性・アニーリングを行います。その結果、長い対象1本鎖DNAの一部にプライマーが結合し、プライマーがDNAよりも圧倒的に多い状況にしておくことで、DNA-プライマー間の結合がDNA-DNA間(鋳型の2本鎖に戻ろうとする)結合より、優先的になります。
この状態でDNAポリメラーゼが働くと、プライマーが結合した部分を起点として1本鎖部分と相補的なDNAが合成されます。その結果、熱変成→アニーリングが1回完了すると、理論的には元々あった鋳型DNAの数が2倍になります。その後、再び高温にして熱変性から繰り返すことにより、元々存在していたDNAが指数関数的に増幅されていくことになり、30回後には、元の鋳型DNAの約10億倍量になります。
すなわち、PCR法は、熱変性とアニーリングを利用して、温度の上下を繰り返すだけでDNA合成を繰り返し、DNAを増幅する技術ということになります。

PCRサイクル図