Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Miten PCR toimii?
PCR eli polymeraasiketjureaktio on menetelmä, jolla valittu DNA-jakso monistetaan koeputkessa miljooniksi kopioiksi. Jokaisessa syklissä DNA:n juosteet erotetaan kuumentamalla, alukkeet kiinnittyvät monistettavan jakson päihin ja lämpöä kestävä DNA-polymeraasi rakentaa uudet juosteet. Koska jokainen sykli kaksinkertaistaa jakson määrän, n syklin jälkeen sitä on noin 2ⁿ kertaa alkuperäinen määrä.
Reaktioseokseen tarvitaan monistettava DNA, kaksi aluketta, lämpöä kestävä DNA-polymeraasi ja vapaita nukleotideja. Alukkeet ovat lyhyitä yksijuosteisia DNA-jaksoja, jotka pariutuvat monistettavan alueen kummankin pään kanssa ja rajaavat monistettavan jakson.
Sykli koostuu kolmesta vaiheesta: denaturaatio noin 95 °C:ssa erottaa juosteet, alukkeet kiinnittyvät noin 55 °C:ssa ja pidennysvaiheessa noin 72 °C:ssa polymeraasi rakentaa uuden juosteen. Polymeraasi on peräisin kuumissa lähteissä elävästä bakteerista, joten se kestää toistuvan kuumennuksen.
PCR:ää käytetään esimerkiksi taudinaiheuttajien tunnistamiseen, perinnöllisten sairauksien diagnostiikkaan, oikeuslääketieteessä ja isyystutkimuksissa. Kvantitatiivisessa PCR:ssä monistumista seurataan reaaliajassa, ja se, monennellako syklillä signaali ylittää kynnyksen, kertoo lähtömäärästä.
Kaava
Kopioiden määrä ≈ N₀ · 2ⁿ, missä n on syklien määrä
Esimerkki
Näytteessä on 10 kopiota monistettavaa jaksoa. Montako kopiota on 25 syklin jälkeen, jos jokainen sykli kaksinkertaistaa määrän? Toisessa näytteessä kvantitatiivisen PCR:n signaali ylittää kynnyksen 3 sykliä aikaisemmin. Kuinka paljon enemmän siinä oli lähtömateriaalia?
- 25 syklin jälkeen: 10 · 2²⁵ = 10 · 33 554 432 ≈ 3,4 · 10⁸ kopiota.
- Kolme sykliä aikaisempi kynnys tarkoittaa, että samaan määrään päästiin kolmella kaksinkertaistumisella vähemmän.
- Lähtömateriaalia oli siis 2³ = 8 kertaa enemmän. Käytännössä monistumisen tehokkuus jää hieman alle 100 %:n, joten tulos on likiarvo.
Tyypillinen virhe
PCR ei monista koko genomia, vaan vain kahden alukkeen välisen jakson. Jos alukkeet eivät löydä vastinjaksoaan, esimerkiksi koska näytteessä ei ole etsittyä taudinaiheuttajaa, tuotetta ei synny.
Valintakokeessa B
Geenitekniikka kuuluu lukion biologiaan, johon valintakoe B perustuu. Kokeessa voi olla aineistoja, joten PCR-tuloksen ja geelielektroforeesin raitojen tulkinta kannattaa harjoitella.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 19: Geenisäätely ja geenitekniikka. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mihin PCR:ää käytetään?
PCR:llä tunnistetaan taudinaiheuttajia, kuten viruksia, potilasnäytteistä, tutkitaan perinnöllisiä sairauksia aiheuttavia muutoksia, tehdään oikeuslääketieteellisiä DNA-tunnistuksia ja isyystutkimuksia sekä monistetaan DNA:ta tutkimuskäyttöön. Menetelmä toimii hyvin pienestäkin näytteestä, koska jakso monistetaan tunnistettavan suureksi.
Mitä geelielektroforeesi kertoo PCR:n jälkeen?
Geelielektroforeesissa DNA-palat liikkuvat sähkökentässä geelin läpi kohti positiivista napaa, koska DNA on negatiivisesti varautunut. Lyhyet palat liikkuvat pidemmälle kuin pitkät. Vertaamalla raitoja kokostandardiin nähdään, syntyikö odotetun kokoinen tuote ja onko näytteissä eroja.