ขั้นตอนของปฏิกิริยา PCR ในขั้นแรกต้องใช้อุณหภูมิสูงราว 95 C เพื่อเหตุผลใด

PCR (พีซีอาร์)มีอยู่ 3 ขั้นตอนหลักๆ คือ

     1. Denaturing คือ เป็นขั้นตอนการแยกดีเอ็นเอ(DNA)ที่เป็นเกลียวคู่ หรือ Double Strand DNA (คือ สภาพ Native DNA) ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆจนกลายเป็นดีเอ็นเอ(DNA)สายเดี่ยว หรือ Single Strand DNA (คือ สภาพ Denatured DNA) อุณหภูมิที่ใช้อยู่ในช่วง 90-95 องศาเซลเซียส

     2. Annealing คือ เป็นขั้นตอนการลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆและใส่ไพร์เมอร์(Primer, short dna)ลงไปในระบบ เพื่อให้เกิดการเกาะแบบเข้าคู่กันของเบส(Complementary base pair)ระหว่างไพร์เมอร์(Primer) กับ Template DNA โดยอุณหภูมิที่ใช้อยู่ในช่วง 37-60 องศาเซลเซียส

     3. Extension คือ เป็นขั้นตอนการ ใส่ DNA polymerase ลงไปในระบบ เพื่อให้เกิดการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ หรือ เพิ่มปริมาณของดีเอ็นเอ(DNA)ให้มากขึ้น โดยอุณหภูมิที่ใช้อยู่ในช่วง 72-75 องศาเซลเซียส



เครื่องเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรม เป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่มีในห้องปฏิบัติการที่ทำงานเกี่ยวข้องกับ DNA โดยเป็นเครื่องมือที่ใช้ประกอบกับเทคนิค PCR ในการเพิ่มปริมาณ DNA ขึ้นในหลอดทดลอง การรู้ถึงหลักการของเครื่องมือ วิธีการใช้งานอย่างถูกต้อง จะทำให้ผลการทดลองหรืองานวิจัยนั้นมีความน่าเชื่อถือ

เครื่องเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรม เป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่มีในห้องปฏิบัติการที่ทำงานเกี่ยวข้องกับ DNA ลักษณะของเครื่องเหมือนหม้อหุงข้าว เมื่อเปิดฝาออกภายในมีหลุมสำหรับใส่ตัวอย่าง ขนาด 0.2 ml จำนวน 48-96 หลุม (ตามคุณสมบัติของแต่ละเครื่อง) เครื่องนี้มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิร้อนและเย็น และในแต่ละช่วงอุณหภูมินั้นสามารถตั้งเวลาได้ การทำงานจะเปลี่ยนอุณหภูมิ ระยะเวลา ตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ หมุนเวียนกันไปนับเป็นจำนวนรอบ โดยในช่วงอุณหภูมิและระยะเวลาที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อตัวอย่าง DNA ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นในหลายลักษณะ เทคนิคที่ใช้ในการเพิ่มปริมาณ DNA ขึ้นในหลอดทดลอง เรียกว่าเทคนิคพีซีอาร์ หรือ polymerase chain reaction เทคนิคนี้จะเพิ่มปริมาณ DNA ขึ้นโดยอาศัยหลักการการจำลองตัวเอง ในธรรมชาติ DNA จะอยู่เป็นสายคู่บิดเกลียววนขวา ประกอบด้วยเบส A T C และ G การเพิ่มปริมาณ DNA ในหลอดทดลองจะมี 3 ขั้นตอนคือ

1)      Denaturation เป็นการแยกสายดีเอ็นเอที่เป็นต้นแบบจากสภาพที่เป็นเส้นคู่ให้เป็นเส้นเดี่ยวโดยใช้อุณหภูมิในช่วง 92-95 องศาเซลเซียส

2)      Annealing เป็นขั้นตอนที่ลดอุณหภูมิลงอยู่ในช่วง 50-60 องศาเซลเซียส และใช้ไพรเมอร์ซึ่งเป็นดีเอ็นเอสายสั้น ๆ (ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์จำนวน 17-24 เบส) ที่มีลำดับเบสเป็นเข้าคู่กับสายดีเอ็นเอที่เป็นต้นแบบจับคู่กัน

3)      Extension เป็นขั้นตอนการสร้างดีเอ็นเอสายใหม่โดยสังเคราะห์ต่อจากส่วนปลายของไพรเมอร์ (ที่ใส่เข้าไปในขั้นที่สอง) ตามข้อมูลบนดีเอ็นเอที่เป็นต้นแบบแต่ละสายโดยอาศัยการทำงานของเอ็นไซม์ดีเอ็นเอโพลิเมอร์เรส (DNA polymerase) ซึ่งเอนไซม์นี้ทำงานได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิ 72-75 องศาเซลเซียส

การทำ PCR ขั้นตอนที่ 1 ถึง 3 นับเป็นจำนวน 1 รอบ ให้ผลผลิตเป็นดีเอ็นเอสายคู่ที่มีลำดับเบสเป็นคู่สมกับดีเอ็นเอที่เป็นต้นแบบ เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า และเมื่อทำ PCR ขั้นตอนที่ 1 ถึง 3 หมุนเวียนไปอีกหลาย ๆ รอบ ปริมาณดีเอ็นเอจะเพิ่มขึ้นได้หลายเท่าทวีคูณ กล่าวคือปริมาณ DNA จะเพิ่มตามจำนวนรอบในการทำ PCR โดยปริมาณ DNA จะเท่า 2n เมื่อ n เท่ากับจำนวนรอบ

เทคนิค PCR นี้สามารนำไปใช้ประโยชน์ในการวิจัยด้านต่างๆ เช่นทางการแพทย์ ใช้ในการวินิจฉัยโรคต่าง ๆ ทั้งโรคติดเชื้อและโรคจากพันธุกรรม ได้แก่ การตรวจหาเชื้อไวรัสหรือแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุของโรค ทำให้การวินิจฉัยโรคเพื่อป้องกันและรักษาเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ทางการเกษตร มีประโยชน์ต่อการตรวจวินิจฉัยโรคพืช การตรวจสอบสายพันธุ์พืช นอกจากนี้แล้วเทคนิคพีซีอาร์ ยังช่วยให้เข้าใจพันธุกรรมของเชื้อโรคพืช ตลอดจนการนำไปใช้ในการป้องกันกำจัดโรคพืชที่เกิดจากเชื้อรา แบคทีเรีย และไวรัส หรือเชื้อสาเหตุโรคอื่น ๆ

Amplification คืออะไร?

         Amplification คือ ปฏิกิริยาการเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอชนิดใดชนิดหนึ่งในหลอดทดลอง ให้มีจำนวนมากภายในระยะเวลาอันสั้น โดยอาศัยหลักการแบบเดียวกันกับการสังเคราะห์ดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติ แต่เดิมการเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอจะทำในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตโดยอาศัยกลไกที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ซึ่งใช้เวลานาน ดังนั้นจึงมีการคิดค้นเทคนิคที่ช่วยย่นระยะเวลานี้ลง เราเรียกเทคนิคนี้ว่า Polymerase chain reaction (PCR)

องค์ประกอบหลักของ PCR มีดังนี้

1. ดีเอ็นเอต้นแบบ (DNA template)

             คือ ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตที่มีส่วนของสายดีเอ็นเอหรือยีนที่ต้องการศึกษา โดยสกัดมาจากเนื้อเยื่อหรือเซลล์สิ่งมีชีวิต ซึ่งปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการทำปฏิกิริยา PCR ได้แก่ ความบริสุทธิและความสมบูรณ์ของดีเอ็นเอที่สกัด และปริมาณดีเอ็นเอต้นแบบที่เหมาะสมเพียงพอต่อการทำปฏิกิริยา

2. ไพรเมอร์ (primer)

             คือ ดีเอ็นเอสายสั้นๆ (oligonucleotides) ที่มีลำดับเบสคู่สม (complementary) กับดีเอ็นเอต้นแบบ สังเคราะห์ด้วยเครื่อง DNA oligonucleotide synthesizer สามารถสั่งซื้อไพรเมอร์กับบริษัทที่รับสังเคราะห์ได้โดยราคาจะคิดตามจำนวนเบส

          โดยไพรเมอร์จะมีอย่างน้อยจำนวน 1 คู่ ได้แก่ forward primer และ reverse primer โดยทั้งคู่จะครอบคลุมตำแหน่งดีเอ็นเอที่สนใจศึกษา โดย forward primer จะถูกออกแบบแล้วจับกับดีเอ็นเอต้นแบบในทิศทาง (3’-> 5’) หรือ anti-sense strand ส่วน reverse primer จะถูกออกแบบในทิศทาง เป็นทิศทางสวนกลับ โดยจะจับกับดีเอ็นเอต้นแบบในทิศทาง (5’-> 3’) หรือ sense strand ดังนั้นการออกแบบไพรเมอร์ต้องมีความจำเพาะเจาะจงต่อดีเอ็นเอต้นแบบ ไม่ให้เกิด primer dimer คือการที่ไพรเมอร์ทั้งสองสายมีลำดับเบสคู่สมจับกันเอง และหลีกเลี่ยงลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ทำให้ไพรเมอร์จับตัวเอง (Self-complementary) หรือการเกิด hair pin loop

             ปัจจุบันจะมีการใส่ไพรเมอร์หลายคู่ในการทำ PCR หรือที่เรียกว่า multiplex PCR ทำให้มีขนาด DNA ที่แตกต่างกันในหลอดทดลองเดียวกัน

3. Deoxynucleotide triphosphates (dNTPs)

             คือ นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบด้วย 4 ชนิด คือ dATP, dTTP, dGTP, dCTP ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบการสร้างดีเอ็นเอสายใหม่

4. เอนไซม์ DNA polymerase

        เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการสร้างดีเอ็นเอสายใหม่ โดยจะมีการเติมนิวคลีโอไทด์ทางด้าน 3’ ของดีเอ็นเอ ซึ่งในปฏิกิริยา PCR ขั้นตอนนี้จะมีการใช้อุณหภูมิที่สูง ทำให้ต้องใช้เอนไซม์ที่ทนต่อความร้อนได้สูงโดยไม่มีการเสียสภาพ ปัจจุบันจึงนิยมใช้เอนไซม์ที่สกัดได้จากแบคทีเรียที่ทนความร้อน คือ Thermus aquaticus เป็นแบคทีเรียที่อาศัยตามบ่อน้ำพุร้อน เอนไซม์ที่ได้จะเรียกว่า Taq DNA polymerase

              เอนไซม์จะต้องเก็บในที่อุณหภูมิ -20 °C เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพ ขณะนำออกมาทำ PCR ควรนำออกมาใช้ภายนอกตู้เย็นให้น้อยครั้ง และต้องแช่ในน้ำแข็งตลอดเวลา PCR buffer

5. Magnesium ion (Mg2+)

            เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับปฏิกิริยา PCR ทำหน้าที่เป็น co-factor ช่วยในการทำงานของเอนไซม์ DNA polymerase ในการสร้างสายดีเอ็นเอ และช่วยในการจับกันของดีเอ็นเอต้นแบบและดีเอ็นเอที่สร้างใหม่ ความเข้นข้นของ Mg2+ เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการปฏิกิริยา PCR หากมีความเข้นข้นมากเกินไปจะทำให้เกิดผลผลิต PCR ที่ไม่จำเพาะ หรือถ้าน้อยเกินไปจะทำให้ปริมาณผลผลิต PCR น้อย

6. Buffer

              เป็นสารละลายที่ช่วยในการรักษาค่า pH ให้เหมาะสมในปฏิกิริยา PCR

7. เครื่อง Thermo cycler

              เครื่องมือสำหรับการทำ PCR โดยมีโปรแกรมที่สามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิได้ตามที่ต้องการ

ขั้นตอนการทำ PCR

1. Denaturation

        เป็นขั้นตอนการแยกสายดีเอ็นเอต้นแบบจากดีเอ็นเอสองสายที่มีเบสคู่สมจับกันพันเป็นเกลียวคู่ (double strand DNA; dsDNA) ออกจากกันเป็นดีเอ็นเอสายเดี่ยว (single strand DNA; ssDNA) โดยการใช้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงประมาณ 90-95 °C ในการทำลายพันธะไฮโดรเจน ซึ่งดีเอ็นเอสายเดี่ยวนี้จะเป็นต้นแบบการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่

             อุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในขั้นตอนนี้มีผลต่อผลผลิต PCR หากใช้อุณหภูมิที่สูงเป็นเวลานานอาจทำให้ดีเอ็นเอและเอนไซม์เสียสภาพ หรือหากใช้อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปจะทำให้เกลียวดีเอ็นเอแยกออกจากกันได้ไม่ดีทำให้ปริมาณผลผลิต PCR น้อยลง

2. Annealing

             มีการลดอุณหภูมิลงให้อยู่ในช่วง 50-66 °C ขึ้นอยู่กับตำแหน่งดีเอ็นเอและ Melting temperature (Tm) ของ primers เพื่อที่ไพรเมอร์จะเข้าจับกับดีเอ็นเอสายเดี่ยวที่ได้จากการแยกสายดีเอ็นเอต้นแบบในขั้นตอน Denaturation ในบริเวณที่เป็นเบสคู่สมกัน (complementary) ได้อย่างจำเพาะ

3. Extension

            เป็นขั้นตอนที่มีการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ต่อจากไพรเมอร์ที่จับกับดีเอ็นเอต้นแบบ โดยการเชื่อมต่อนิวคลีโอไทด์ (dNTPs) ในทิศทางจาก 5' ไป 3' โดยทั่วไป Taq DNA polymerase จะทำงานได้ในอุณหภูมิที่เหมาะสมประมาณ 70-72°C

              เมื่อทำครบทั้ง 3 ขั้นตอน ถือเป็นการทำ 1 รอบปฏิกิริยา PCR ซึ่งโดยทั่วไปจะทำปฏิกิริยาประมาณ 30-40 รอบ ดังนั้นปริมาณดีเอ็นเอจะเพิ่มขึ้น 2n (n = จำนวนรอบที่ใช้ในปฏิกิริยา PCR)

 

ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องสำหรับการทำ PCR

- PCR

- cDNA Synthesis & RT-PCR

- LAMP & Isothermal Amplification

- PCR Accessory Reagents

ข้อมูลผลิตภัณฑ์เพิ่มเติม : //www.lucigen.com/PCR-and-Amplification/

อ้างอิง :

- อำไพวรรณ จวนสัมฤทธิ์ และคณะ (2534) “ความรู้พื้นฐานเรื่องเวชพันธุศาสตร์ II Polymerase Chain Reaction (//www.tsh.or.th/file_upload/files/v1%20n4%20469.pdf)

- //meded.psu.ac.th/binlaApp/class02/B2_364_221/Molecular_genetic_part1/indexhtml

Toplist

โพสต์ล่าสุด

แท็ก

ไทยแปลอังกฤษ แปลภาษาไทย โปรแกรม-แปล-ภาษา-อังกฤษ พร้อม-คำ-อ่าน lmyour แปลภาษา แปลภาษาอังกฤษเป็นไทย pantip ไทยแปลอังกฤษ ประโยค แอพแปลภาษาอาหรับเป็นไทย ห่อหมกฮวกไปฝากป้าmv ระเบียบกระทรวงการคลังว่าด้วยการจัดซื้อจัดจ้างและการบริหารพัสดุภาครัฐ พ.ศ. 2560 แปลภาษาอาหรับ-ไทย Terjemahan พจนานุกรมศัพท์ทหาร หยน แปลภาษา มาเลเซีย ไทย Bahasa Thailand ข้อสอบภาษาอังกฤษ พร้อมเฉลย pdf บบบย tor คือ จัดซื้อจัดจ้าง การ์ดแคปเตอร์ซากุระ ภาค 4 ชขภใ ยศทหารบก เรียงลําดับ ห่อหมกฮวกไปฝากป้า หนังเต็มเรื่อง เขียน อาหรับ แปลไทย แปลภาษาอิสลามเป็นไทย Google map กรมพัฒนาฝีมือแรงงาน อบรมออนไลน์ กระบวนการบริหารทรัพยากรมนุษย์ 8 ขั้นตอน ข้อสอบคณิตศาสตร์ พร้อมเฉลย ค้นหา ประวัติ นามสกุล อาจารย์ ตจต แจ้ง ประกาศ น้ำประปาไม่ไหล แปลบาลีเป็นไทย แปลภาษา ถ่ายรูป แปลภาษาจีน แปลภาษามลายู ยาวี โรงพยาบาลภมูพลอดุยเดช ที่อยู่ Google Drive Info TOR คือ กรมพัฒนาฝีมือแรงงาน ช่างไฟฟ้า กรมพัฒนาฝีมือแรงงาน อบรมฟรี 2566 กลยุทธ์ทางการตลาด มีอะไรบ้าง การบริหารทรัพยากรมนุษย์ มีอะไรบ้าง การประปาส่วนภูมิภาค การ์ดแคปเตอร์ซากุระ ภาค 3 ขขขขบบบยข ่ส ข่าว น้ำประปา วันนี้ ข้อสอบโอเน็ต ม.6 มีกี่ตอน ตารางธาตุ ประปาไม่ไหล วันนี้