PCR은 Polymerase Chain Reaction의 약어로, 중합효소 연쇄 반응이라고도 합니다.
이는 DNA 또는 RNA의 특정 영역을 대량으로 복제 및 증폭시키는 분자생물학적인 기술입니다.
소량의 DNA 또는 RNA 만으로도 PCR을 이용하여 대량으로 증폭할 수 있기 때문에 분자생물학 분야 이외에 의학, 농학, 식품과학 뿐만 아니라 범죄 수사 등에까지 굉장히 넒은 범위에 활용되고 있습니다.
PCR
1. PCR에 필요한 구성 요소
먼저 PCR 반응을 위해 필요한 구성 요소는 template DNA, forward primer, reverse primer, DNA polymerase, dNTPs, Buffer 등이 있습니다.
Template DNA는 증폭하고자 하는 DNA이고, forward 및 reverse primer는 증폭하고 싶은 부분의 처음과 끝에 결합하는 짧은 oligonucleotide입니다.
Taq polymerase는 DNA를 합성하는 촉매 효소입니다.
즉, 튜브 안에서 돌아다니는Nucleotides(dNTP)를 가지고 template DNA 염기서열의 상보적인 위치에 dNTP라는 블록을 끼워 넣으면서 DNA를 길게 연장시키는 역할을 합니다.
buffer의 경우 Taq polymerase가 제대로 일할 수 있게 도와주는 역할을 하는데pH 안정화를 위한 Tris-HCl, 활성을 제대로 가질 수 있게 도와주는 MgCl2 등 다양한 성분들이 포함되어 있습니다
위 요소들을 PCR tube에 기포가 생기지 않도록 피펫을 이용하여 잘 넣어주시고, PCR 장비에 각 단계 별로 적절한 온도와 시간에 반응을 시키면 원하는 DNA 단편을 증폭시킬 수 있습니다.
실험하실 때 PCR에 필요한 요소 중 하나라도 빠트릴 경우, DNA 증폭이 제대로 되지 않습니다.
꼭 빠트리지말고 필요한 것들 모두를 넣어주셔야 정상적인 PCR이 가능합니다.
2. PCR 반응 단계
PCR 반응은 총 3단계의 과정으로 진행되는데요!
각 단계에 대해 좀 더 자세히 알아보면,
1) Denaturation: 약 94 - 98 ℃의 온도에서 두 가닥인 DNA를 한 가닥으로 분리하는 과정입니다.
2) Annealing: Annealing의 온도는 primer의 길이, G-C 비율 등에 따라 각각 달라지는데요, 일반적으로 약 55-70℃ 사이입니다. 이 단계에서 primer가 denaturation 단계에서 한 가닥으로 변성된 DNA의 상보적인 위치에 붙게 됩니다.
3) Extension: 약 68 - 72 ℃ 사이에서 Taq polymerase가 작용해서 annealing 단계에서 붙은 primer에서부터 DNA가 합성되는 과정입니다. 여기에서 DNA가 길게 합성되는데 사용되는 재료가 tube에 넣어주신 dNTP가 됩니다.
이 3단계의 과정이 1 cycle이고, cycle이 반복되면서 증폭되는 DNA의 양은 기존 DNA양의 2배가 됩니다. 그러면 cycle을 반복하다보면 많은 DNA를 얻을 수 있겠죠?
이상으로 PCR에 대해 간단하게 설명드렸습니다.