いまさら聞けない　PCR検査って何？

いまさら聞けないといいますか、すっかり旬を過ぎてしまった感はありますが。
仕方ないのです。
生物を勉強しなおしていてつい先日知ったのでここで記録として残しておきたいのです。

コロナウイルスの発見にかかわる検査にPCR検査というものがありますね。
このPCRとは何なのか。
どうしてコロナウイルスを発見できるのか。
こちらを今日は説明していきたいと思います。
高校生用の学習参考書から得た知識なのでそのレベルだと思って読んでいただけると助かります。

PCR法って？

PCRとはPolymerase Chain Reaction（ポリメラーゼ連鎖反応）の略称です。
PCRの目的はわずかなDNAから大量の複製をつくることです。
なぜそれをコロナウイルスの発見に使うかというと、少量のコロナウイルスをPCR法で大量に複製することによって発見しやすくするのです。
ウイルスも生物と同様にDNAを持っており、コロナウイルスには特有のDNAの塩基配列が見られます。
よって大量に複製したDNAの中にコロナウイルス特有のDNAの遺伝子配列が見られたらその患者は陽性であると言えるのです。

PCR法に必要なもの

以下の用意が必要です。
・複製したいDNA
・２種類のプライマー（人工合成した短い１本鎖DNA）
・95℃以上の熱に耐えられるDNAポリメラーゼ
・ATCGの4種類の塩基を持つヌクレオチド

ザックリとそれぞれ説明すると
プライマーとはDNA複製の起点となるものです。
DNAポリメラーゼは複製を進めてくれる酵素ですね。
ヌクレオチドは材料になります。これをペタペタとくっつけてDNAを作っていきます。
DNAの複製はDNAの情報として含まれる４種類の塩基（A:アデニン　T：チミン　C：シトシン　G：グアニン）の並び方をコピーすることです。

PCRの手順

weblio辞書より画像引用

基本的には材料を入れた混合液の温度を上げ下げしていくことです。
温度の違いによって反応が起こったり止まったりして複製を進めてくれます。

１　95℃まで上げる

これをするとまずはらせん状にくっついていたDNAがほどけます。
DNAは基本的に二重らせん構造になっているのですが、その二本の鎖は上述の塩基同士の部分がくっついて結びついています。
これは95℃程度の熱で結合が切れるのでこれで鎖をほどいてやるのです。
ここでDNAポリメラーゼが働きを失わないように95℃まで耐えられる耐熱性を持ったものである必要があります。

２　60℃まで下げる

温度を60℃まで下げると再びDNAは二本鎖にもどりたがるのですが、プライマーが混合液に過剰に含まれているので二本鎖に戻ることなくプライマーと結合します。
プライマーはDNAの複製したい部分とぴったりとハマるようなDNA配列のものになっているので隙あらばほどけたDNAの鎖にくっつきたがるのです。

３　72℃まで上げる

今度は72℃程度まで温度を上げます。
すると酵素であるDNAポリメラーゼが活性を始めます。
ほどけた鎖と結びついたプライマーは20塩基くらいしかない短い鎖なので、そこから伸ばしていく必要があります。
その過程で働いてくれるのがDNAポリメラーゼ。
材料である４種類の塩基を持つヌクレオチドを一つ一つ元のDNAの配列に従って相補的にくっつけていってくれます。

これで一つのDNAから同じ配列を持つ二つのDNAが複製できます。

指数関数的に増えていく

さらにこの複製方法を繰り返すと２つのDNAが４つに。４つが８つに、８つが１６つに。
という風に2のｎ乗に増えていきます。
10回も繰り返せば1000倍以上になりますし20回だと100万倍にもなります。
するとほんの少ししかなかったコロナウイルスのＤＮＡも発見できるようになるという仕組みです。

実際の現場ではもっと高度なことをしているのでしょうけれどもとりあえずは基本だけ。
今日もちょっとだけ物知りになりました。