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Reazione a catena della polimerasi (PCR)

1983
  • Kary Mullis
Termociclatore che amplifica il DNA in un laboratorio di biologia molecolare.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La reazione a catena della polimerasi (PCR) è una tecnica di laboratorio utilizzata per amplificare uno specifico segmento di DNA, generando da milioni a miliardi di copie da un piccolo campione iniziale. metodo Si basa sul ciclo termico, che consiste in cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento per la denaturazione del DNA, l'ibridazione dei primer e la replicazione enzimatica del DNA utilizzando una DNA polimerasi termostabile, con conseguente amplificazione esponenziale.

La reazione a catena della polimerasi (PCR) è un metodo rivoluzionario in vitro per l'amplificazione esponenziale di una specifica sequenza di DNA bersaglio. Il suo potere risiede nella capacità di generare miliardi di copie da una quantità minima di DNA di partenza, rendendo possibile l'analisi del DNA da campioni piccoli come una singola cellula. Il processo è guidato da una serie di variazioni di temperatura, o cicli termici, gestiti da una macchina chiamata termociclatore. Ogni ciclo consiste in tre fasi fondamentali. Primo, la denaturazione: la miscela di reazione viene riscaldata a 94-98 °C per un breve periodo, provocando la separazione del DNA a doppio filamento in filamenti singoli. In secondo luogo, la ricottura: la temperatura viene abbassata a 50-65 °C, consentendo a brevi primer di DNA a singolo filamento di legarsi (anneal) alle loro sequenze complementari sul DNA modello ora a singolo filamento. Questi primer affiancano la regione target da amplificare. Terzo, l'estensione: la temperatura viene portata a 72 °C, la temperatura ottimale per il funzionamento dell'enzima chiave, una DNA polimerasi termostabile. La più utilizzata è la Taq polimerasi, isolata dal batterio termofilo *Thermus aquaticus*. La polimerasi si lega al complesso primer-template e inizia a sintetizzare un nuovo filamento di DNA complementare, che si estende dal primer. Questo ciclo a tre fasi viene ripetuto 20-40 volte. A ogni ciclo, il numero di copie della sequenza di DNA bersaglio raddoppia, portando a un'amplificazione esponenziale, descritta matematicamente come [latex]2^n[/latex], dove n è il numero di cicli. Il risultato è una soluzione contenente una grande quantità dello specifico frammento di DNA, che può essere facilmente visualizzato mediante elettroforesi su gel o utilizzato in successive applicazioni di biologia molecolare come il sequenziamento o il clonaggio.

UNESCO Nomenclature: 2406
- Biologia molecolare

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta della struttura del DNA
  • comprensione dei principi di replicazione del DNA
  • isolamento degli enzimi della DNA polimerasi
  • scoperta di organismi termostabili e dei loro enzimi (ad esempio, Taq polimerasi)
  • sviluppo della sintesi di oligonucleotidi per primer

Applicazioni

  • Impronta digitale del DNA per la medicina legale
  • diagnosi medica per malattie infettive (ad esempio, COVID-19)
  • test genetici per malattie ereditarie
  • clonazione dei geni
  • sequenziamento dei genomi
  • analisi filogenetica

Brevetti:

  • US4683195
  • US4683202
  • US4965188

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: PCR, reazione a catena della polimerasi, amplificazione del DNA, kary mullis, taq polimerasi, cicli termici, medicina legale, diagnostica, clonazione molecolare, test genetici.

Contesto storico

Reazione a catena della polimerasi (PCR)

1973
1975
1979
1983
1988
1990
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1970
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1977
1983
1987
1990
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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