استخدامات تفاعل البلمرة المتسلسل

ما هو تفاعل البلمرة المتسلسل

تفاعل البلمرة المتسلسل أو مايطلق عليه PCR هو أسلوب معملي شائع يستخدم لعمل نسخ عديدة تصل املايين أو بلايين، من منطقة معينة من الحمض النووي، على سبيل المثال قد يكون الجين الذي يرغب الباحث في فهم وظيفته، أو علامة جينية يستخدمها علماء الطب الشرعي لمطابقة الحمض النووي لمسرح الجريمة مع المشتبه بهم.

عادةً ما يكون هدف تفاعل البوليميراز المتسلسل هو جعل منطقة الحمض النووي المستهدفة كافية لتحليلها أو استخدامها بطريقة أخرى، على سبيل المثال يمكن إرسال DNA المُضخَّم بواسطة PCR للتسلسل، أو تصور بواسطة المنزلق الكهربائي للهلام، أو استنساخه في بلازميد لإجراء مزيد من التجارب.

يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل في العديد من مجالات علم الأحياء والطب، بما في ذلك أبحاث البيولوجيا الجزيئية والتشخيصات الطبية وحتى بعض فروع علم البيئة.[2]

استخدامات وتطبيقات تفاعل البلمرة المتسلسل

نناقش بإيجاز أدناه بعض التطبيقات الرئيسية لـ PCR في مجال البحث الوراثي والطب وعلوم الطب الشرعي وعلم الأحياء الدقيقة البيئية:

• 
  البحوث الجينية
  

أحدث تفاعل البوليميراز المتسلسل ثورة في البحث العلمي منذ أن تم تقديمه لأول مرة إلى

العالم

الخارجي في الثمانينيات، وبعض تطبيقاته المتخصصة في البحث الجيني هي:

-مكّن التضخيم السريع لأجزاء صغيرة من الحمض النووي باستخدام PCR العديد من التقنيات مثل تهجين اللطخة الجنوبية أو الشمالية حتى عندما كانت كمية مادة العينة المتاحة صغيرة جدًا.

-دراسة أنماط التعبير الجيني هي تطبيق شائع آخر لـ PCR، حيث يتم تحليل الخلايا أو الأنسجة في مراحل مختلفة للتحقق من التعبير عن جين معين، يمكن استخدام qPCR هنا لتقدير مستوى التعبير الجيني.

-يساعد تفاعل البوليميراز المتسلسل أيضًا تقنيات مثل تسلسل الحمض النووي باستخدام أي أجزاء من الحمض النووي من منطقة الاهتمام يمكن تضخيمها بسهولة لدراسة الطفرات الجينية وعواقبها.

-استخدم مشروع الجينوم البشري PCR للإشارة إلى وجود جزء معين من الجينوم في استنساخ معين، يمكن هذا من رسم خرائط للنسخ المستنسخة وترتيب النتائج من العديد من المختبرات.

-تم العثور على المتغيرات المتقدمة لتقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لتكون مفيدة في تقنيات استخدامات تفاعل البلمرة المتسلسلتحليل الكروموسومات التي يمكن أن تساعد في الكشف المبكر عن العيوب الخلقية الوراثية لدى الأطفال.

-يعزز تفاعل البوليميراز المتسلسل الطريقة التقليدية لاستنساخ الحمض النووي عن طريق تضخيم أجزاء صغيرة من الحمض النووي لإدخالها في ناقل. من خلال تغيير بروتوكول PCR، يمكن تحقيق الطفرات الموجهة للموقع أو العامة في جزء الحمض النووي

محل

الاهتمام.

• 
  الطب
  

أثار تفاعل البوليميراز المتسلسل العديد من التطورات القيمة في العديد من التخصصات الطبية مثل:

-علم الاحياء المجهري

PCR هي تقنية ذات قيمة عالية في علم الأحياء الدقيقة لأنها تتيح الملاحظات الحاسمة للكشف عن الكائنات الحية، ويمكن دراسة الكائنات الحية مثل المتفطرة السلية بشكل فعال بمساعدة التنميط الجيني، هذا يسمح بالتعرف المبكر والعلاج ويؤثر بشكل كبير على مراقبة الصحة العامة.

في علم

الفيروس

ات، ساعد تفاعل البوليميراز المتسلسل في اكتشاف وتوصيف الأحماض النووية للفيروسات، مما أتاح توصيفًا شاملاً للفيروسات وفهمًا أكبر لسلوك الفيروس أثناء الإصابة، حيث ساعد هذا الفهم بشكل كبير في العلاج السريري وعزز المزيد من البحث عن الفيروسات، مثلاً يتم استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل للكشف عن عدوى فيروس نقص

المناعة

البشرية في مرحلة مبكرة حتى قبل تكوين الأجسام المضادة، هذا مفيد أيضًا لفحص عينات

الدم

التي تم جمعها للتبرع.

-علم

الفطريات

والطفيليات

وجدت تقنية PCR أيضًا تطبيقات في علم الفطريات وعلم الطفيليات، من خلال تمكين التحديد المبكر للكائنات الحية الدقيقة، وبالتالي المساعدة في التشخيص والعلاج الفعال للعدوى الفطرية والطفيلية.

-طب الأسنان

أصبحت تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل أداة تشخيصية وبحثية قياسية في مجال طب الأسنان، وتمكّن PCR وتقنيات البيولوجيا الجزيئية الأخرى من تشخيص

الميكروبات

المعدية التي تسبب التهابات الوجه والفكين، وهذا يساعد في الإدارة الفعالة لحالات مثل أمراض

اللثة

والتسوس وسرطان الفم والتهابات اللبية.

-علم الطب الشرعي

مع ظهور بصمات الحمض النووي القائمة على PCR، أصبح PCR أداة لا تقدر بثمن في تحقيقات الطب الشرعي.

باستخدام بصمات الحمض النووي، يمكن عزل أجزاء صغيرة من الحمض النووي من مسرح الجريمة ومقارنتها بقاعدة بيانات ضخمة من الحمض النووي للمدانين أو المجرمين، كما أنه مفيد في استبعاد المشتبه بهم كجزء من التحقيق.

تُستخدم بصمة الحمض النووي أيضًا في

اختبار

الأبوة، حيث يتم مطابقة الحمض النووي للفرد مع تلك الخاصة بأطفاله أو إخوته أو والديه المحتملين.

• 
  علم الأحياء الدقيقة البيئية
  

تم استخدام تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل بنجاح لاستكشاف العديد من القضايا في علم الأحياء الدقيقة البيئية، بعض تطبيقاته البيئية مذكورة أدناه:

-يمكن تحقيق الكشف الحساس عن الكائنات الحية الدقيقة المهينة في النفايات السامة والملوثات باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل، مما يساعد على التحلل البيولوجي الفعال والمعالجة الحيوية في المواقع الملوثة.

-طور الباحثون طريقة تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) القائمة على مسبار الجينات للكشف عن

البكتيريا

المؤشر مثل القولونيات في إمدادات المياه، وبالتالي دعم التدابير التي تعزز سلامة المياه.

-يستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل أيضًا للكشف عن مسببات الأمراض الميكروبية التي تنقلها المياه ومراقبتها، والتي تشكل خطرًا كبيرًا على الصحة العامة.[1]

مخترع PCR

يعتبر كاري موليس هو مخترع تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل وحدث هذا في عام 1985 بينما كان يعمل كيميائيًا في شركة Cetus Corporation، وهي شركة للتكنولوجيا الحيوية في Emeryville كاليفورنيا، ويتطلب الإجراء وضع كمية صغيرة من الحمض النووي المحتوي على الجين المطلوب في أنبوب اختبار، وتضاف أيضًا مجموعة كبيرة من النيوكليوتيدات السائبة، والتي ترتبط بنسخ دقيقة من الجين الأصلي، إلى الأنبوب، فكان يتم إضافة زوج من مقاطع الحمض النووي القصيرة المركبة، والتي تتطابق مع شرائح على كل جانب من الجين المطلوب.

تجد هذه “البادئات” الجزء الصحيح من الحمض النووي وتعمل كنقاط انطلاق لنسخ الحمض النووي، وعند إضافة إنزيم Thermus aquaticus (Taq) تنغلق النيوكليوتيدات السائبة في تسلسل DNA الذي يمليه تسلسل ذلك الجين المستهدف الموجود بين البادئين.[3]