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
��������� ����ö�������������ѹ��������
��� �.�. 2513 ������������������������ҧ��Դ������ѹ����������������� RNA ���� Ribonucleic acid) ��������������͡�����ҡ���������������������������������ӹǹ���������������ҹ�� ������ҧ��������������ѹ����������������� ���� ����������ͪ������������˵��ͧ�ä�ʹ��������������������١�͡�������ҡ������������������ʹ�������ҧ�õչ����������ʹ�����ҧ�ѹ�������͡�����ѡɳ�����͡�ͧ��������Ե��������� ��Сͺ������Ǥ����䷴�������¡Ѻ������� ��������ᵡ��ҧ���ǹ�ͧ������ྐྵ�ʫ������������������ deoxyribose ��ǹ��������������Դ ribose ������������������������Сͺ������ 4 ��Դ���ѹ ������ 3 ��Դ��������Ѻ������� ��� A, G, C ����������ҧ�Ѻ���������� uracil (U) ��� u ���Ѻ���Ѻ�� A (᷹�� T ��������)������
��� DNA ������������ѹ�������ͧ��������Ե ������Ҵ���ᵡ��ҧ�ѹ�ҡ��ó��ͧ����������Ҩ�ը��� (genome) �����������ѹ�������������� DNA ���� RNA ������ ����Ҩ������������������������������� (linear) ǧ��ǹ (circular) ����������¡�ѹ (segments) �����ҧ�ҡ�����ͧẤ�����������������Ե����٧ ��������õչ�����Ѻ�ѹ����Ѻ��� DNA ������ٻ��ҧ������Ѵ ������¡��������� (chromosome) (�Ҿ��� 2) ����Ấ������ ���������� ��Сͺ���� DNA �������������Դǧ��ǹ�Ѻ�������Ѻ�õչ������Դ ����������¡�����Ǥ����´� (nucleoid) ������������������������������������������Ե����٧ ��� DNA ��������ѡɳ�����Ѻ����Ѻ��� (histone) ����õչ��Դ���� ��������ѹ���˴����ͧ��� DNA �����������ö��è�������ǹ���������ͧ������ �͡�ҡ������������ ���������Ե����٧�ѧ���չ����������ǹ�ͧ organelle ���� ����ת�����չ������������� (mitochondria) �������þ��� (chloroplast) �ա��ǹ˹�������Ԥ Polymerase Chain Reaction (PCR)
Polymerase Chain Reaction ���� (PCR) ���Ԥ����Ѻ��������ҳ����������������ѡ��� DNA Replication ���������ѧ����������� ��� �� ������� �ҡ ���������Ẻ���ʹ���ͧ�������������ѹ�����������������������Դ�������ҹ��� �Ԥ����Ѳ������������ �.�. 2528 �� Kary Mullis ��������������ѷ Cetus Corporation �ش���ͧ�Ԥ PCR ��� ����ö��������ҳ������� �����ҧ���������������������ҹ����������������� ���֧�Ѩ�غѹ����Ԥ PCR ���Ѻ�����Ѻ��ا����Ѳ������� � ��ҹ����з�����Ѻ�������Ѻ��������������Ӥѭ�ҡ����ҹ��ҹͳ�������š�� ����ö���������ª������駡Ѻ�ҹ�Ԩ���ҧ������š������ѹ�����ǡ��� �� �����������ҳ�չ (gene cloning) ��������������Ѻ���ͧ�չ (gene sequencing) ������ҧ �� ��� �� �Դ��� (DNA probe) �������Ԩ������ء�� �� ����֡������ʴ��͡�ͧ�չ�ҡ mRNA ������ҧ�չ�����ѹ��� (in vitro mutagenesis) �����������˹������ѹ������չ (point mutations and deletions) �����Ԥ PCR 㹡�������ӹǹ DNA�Ҿ��� 1 ͧ���Сͺ����ç���ҧ�ͧ DNA ��èѺ���ѹ�ͧ�ʤ�����ͧ��� DNA �ͧ��·�������ѡɳ�����Ǥ�� ��Ѻ��ȷҧ
(����� : Alberts ����, 1983)
�Ҿ��� 2 ��� DNA ����Ǥ��ѹ�Ѻ�õչ���˴�����������ҵչ������������������������
(����� : Freifelder, 1985)
��ѡ��âͧ PCR
(����� : PE applied Biosystems)�ҡ������� 1-3 ����Ѻ���ӹǹ 1 �ͺ (one cycle) ���������Ե�����������������������Ѻ����������Ѻ��������������Ẻ����������ͧ��� ������Ѵ����Դ��ԡ������١���ҡ������ 1 �֧ 3 ��ع���¹��ա���� � �ͺ����������ҳ��������� �ҡ��� ����ҳ�����ԡ����� 20 �ͺ ����ö��������ҳ����������������������� 100,000 ���
����������������ͧ���ԡ����� PCR
���ͧ�ҡ����� PCR ��������ҧ���������� ����������ʹ���ͧ �֧��ͧ�����������������������������������ͧ �����������������ҧ���������������� �����������ͧ����ԡ����� PCR ���ѧ�������- Deoxynucleotides (dNTPs) ����Ǥ����䷴� �����˹�����������Ѻ����ѧ��������������������
- DNA polymerase ����������Ѻ�ѧ�������������������������ԡ���������������Ǥ����䷴�������ҡѺ�������
- Primer ���������������������� � ��������Ѻ����������Ѻ��������������Ẻ�ͧ����ѧ������ ������ PCR �֧��ͧ��Һ���Ѻ���ͧ������������ͧ����������ӹǹ �������������ҧ����������
- PCR buffer ��������������Ǻ���������ͧ�������ԡ��������������� �� pH ���������ҧ � �������ͧ��������������� (Mg++) ��������
- Template ������������Ẻ�����չ��ǹ�����ͧ�����������ҳ ������������ҧ������� �����ͧ���������Ǩ��������������
����ͧ��������ҳ������� (PCR machine)
����ͧ Thermal cycler ���� PCR machine ������ͧ������������� PCR �������ͧ�������������Ẻ��������к���鹡Ѻ����͡Ẻ�������Դ���ͧ����ѷ �����Ե ����Ӥѭ�����ͧ����ö��Ѻ����¹�س�������������������������������ҹ��ع���¹�ѹ���� � �ͺ����������������ҹ������������¹�ŧ�س����� �����������������������ҹ�ѡ����������������������� denaturing annealing ��� extension �������ǧ 15 �Թҷ� �֧ 10 �ҷ� �ѧ��������������ҳ����������Ը� PCR 25-40 �ͺ ������������ҳ 1.5-5 ����������������������Ե��������ҡ��ԡ����� PCR
�����������Դ�ҡ��ԡ����� PCR ���ʹ��ͧ���������ö�ͧ��������������� �ѧ���������Ǩ�������������Ե����ͧ��������ҧ����� PCR ���¡��������������Ԥ������¡��� agarose gel electrophoresis ���������¡��������������������������� (Agarose gel) �������ҧ��������������ö�������������������Ѻ��Ҵ�ͧ������������������������ �����������¡���Ը��������ö�ͧ������������������������� ��������ͧ�ʧ������͡Ѻ�ʧ�ص��������ŵ ��������ᶺ����������ͧ�ʧ������� (�Ҿ��� 4)������������� ethidium bromide �����Ҿ������ʧ ultraviolet
����ª���ͧ PCR ������Ǩ�ԹԨ����ä
�Ѩ�غѹ����Ѻ����� PCR ���Ԥ�Ӥѭ�ҡ��ҹͳ�������š�� ���������ҹ����ҹ���ͧ��Ժѵ��������֧�������ء�����ҧ���ᾷ���������ɵ�����ö�������ԹԨ����ä��ҧ � ����ä�Դ��������ä�ҡ�ѹ������ �֡�������ѹ�����������ѹ����ͧ�ѹ�����������չ ��Ἱ����չ����֡�����Ѻ���ͧ�չ�ͧ��������Ե���ء��Դ ���������ͧ���ҡ�Ԥ�������ö�����ӹǹ����������ʹ��֡�����������ҳ�ҡ������ѹ�Ǵ���� ������Ԥ���������������ª���ͧ PCR �ҧ��ҹ���ᾷ�� ���� �����Ǩ�ԹԨ����ä�������Ǩ���������������Ấ��������������˵��ͧ�ä (�� �ä�ʹ��,�ѳ�ä,��������) �����Ǩ���չ�������� (�� ����������,�����������˭�) �������ª���ͧ PCR �ҧ���ᾷ�������������������ԹԨ����ä������ͧ�ѹ����ѡ��������ҧ������Է���Ҿ�ҡ�������ҧ��ҹ����ɵ� PCR �����ҷ�ҡ��ҹ��ҹ�����Ѻ��ا�ѹ����ת �����Ǩ�ͺ����ѹ����ת �����Ǩ�ԹԨ����ä����ѹ����ת��ҹ�ҹ�ä ����֡����������ѹ�������ҧ�ת�Ѻ�����ä�������֡���չ�Ѻ������ � �ͧ�ת��������ä �������ʴ��͡�ͧ�չ���������� ����Ԥ PCR ���������������֧�ѹ�������ͧ�����ä�ת��� �ת����� ��ʹ����������������ͧ�ѹ�ӨѴ�ä�ת����Դ�ҡ������ Ấ������ �������� �����������˵��ä��� ��������Ԥ PCR ���١��������ص��ˡ����������§��� ����� �ص��ˡ������͡�������������Ѻ������� 4-5 ������ҹ�ҷ����� ����Ѩ�غѹ����ɵ�����������ʺ�ѭ���ҡ�ä�кҴ��������§��� ��������������Ե������͡�������������٭����������֧���� 1-2 ������ҹ�ҷ ���˵��ͧ�ä�кҴ��������� ��ǹ�˭��Դ�ҡ��������������ͧ���Ԥ PCR ������Ǩ�ͺ ���������ö��ͧ�ѹ�������кҴ�ͧ�ä���ѹ��ǧ�� �͡�ҡ�������Ѵ���͡����ѹ�������������������������ѹ�������������û�ǹ�ѹ�ء��� (genetic diversity ���� Variation) �٧���������ö���Թ������������Ը�����Ѵ���͡���������Է���Ҿ ����١��ͧ�֧�дѺ �ѹ��������������ͺ������ҡ ��Ƿ.