Polymeraskedjereaktionen (PCR) använder enzymer för att massreplikera en del av en deoxiribonukleinsyra (DNA)-sträng för enklare analys, såsom att söka efter gener av intresse. Liksom kärnkedjereaktionen är polymeraskedjereaktionen en exponentiell process som fortsätter så länge som råmaterialen för att upprätthålla reaktionen är tillgängliga. Till skillnad från DNA-replikation i den naturliga världen kan PCR bara replikera ganska små bitar av DNA, med ett övre tak på cirka 2-3 kilo baspar (kb). Den använder livlösa enzymer för att uppnå sin replikeringseffekt, vilket skiljer den från andra kopieringsmetoder som använder aktiva organismer.
En modern polymeraskedjereaktion kräver sex grundläggande komponenter för att fungera: DNA-segmentet som ska kopieras, primers för att avgränsa segmentet, Taq-polymeras för att göra kopieringen, DNA-nukleotider för att fungera som råmaterial, en kemisk buffertmiljö och en maskin som kallas termisk cyklist. Den termiska cyklern innehåller ofta flera provrör med flera PCR, var och en rymmer 15 till 100 mikroliter, värden strax under en kubikmillimeter vatten. Cirka hundra nanogram DNA-bas används.
Taq-polymeras, nyckelingrediensen för en polymeraskedjereaktion, extraheras från en djuphavsbakterie som finns i termisk ventil, Thermus aquaticus. Det fungerar bra för kopiering, men inte perfekt, gör ett fel ungefär en gång var 8:e miljon baspar. Innan Taq-polymeras användes andra polymeraser, men många av dem bröts ner vid de temperaturer som krävs för att reaktionen ska börja. Uppvärmningscykeln är komplicerad, men inkluderar temperaturer som kortvarigt sträcker sig nästan hela vägen till kokpunkten, så hållbarhet i polymeraset är avgörande.
De grundläggande stegen för PCR är som följer. Alla ingredienser blandas ihop i en liten flaska, vanligtvis med en volym på 200 mikrogram. Blandningen värms upp till nära kokpunkten för att bryta vätebindningarna i det parsträngade DNA:t, vilket skapar enkelsträngar som är mottagliga för kopiering. Detta kallas denaturering. Ju längre strängen som ska kopieras, desto längre varar denatureringsprocessen.
Nästa steg i polymeraskedjereaktionen kallas härdning. Primers, som är skräddarsydda, korta DNA-strängar, är designade specifikt för att binda till platser i början och slutet av segmentet som ska kopieras. Om primrarna är felaktigt utformade eller om temperaturen i detta skede är felaktig, kommer primern att binda slumpmässigt till DNA:t, vilket resulterar i fel segmentkopia. De flesta primers smälter vid ungefär två tredjedelar av vägen till kokpunkten, och glödgning, en 1-2 minuters process, sker vid några grader under denna.
De sista stegen i PCR kallas förlängning och slutlig förlängning. Det är här magin händer. Polymeraset kopierar DNA-segmentet snabbt och skapar miljontals och åter miljoner kopior på bara några minuter. Vanligtvis består en cykel av alla föregående steg, som upprepas cirka tjugo eller trettio gånger.
Resultatet är ett gäng kopierat DNA. Polymeraskedjereaktioner har en mängd olika användningsområden, inklusive faderskapstestning, bestämning av närvaron eller frånvaron av en genetisk defekt eller viralt DNA, kloning av en gen, införande av specifika mutationer, analys av DNA från utdöda arter eller döda personer, ”genetisk fingeravtryck” vid brottsplats med mera.