การเพิ่มจำนวน DNA โดยวิธี PCR (Polymerase chain reaction)

เป็นวิธีการเพิ่มจำนวนของ DNA ส่วนที่ต้องการจาก DNA รวมทั้งหมดที่สกัดมาได้ จุดเริ่มต้นของการทำ PCR คือ ส่วนผสมของ DNA ที่มีส่วนของ DNA ที่เราต้องการเพิ่มจำนวนอยู่ มี oligonucleotide primer 1 คู่ ที่มีลำดับเบส complementary กันกับลำดับเบสของปลาย 2 ข้างของ DNA ส่วนที่เราต้องการเพิ่มจำนวน (ดังนั้น เราจำเป็นที่จะต้องทราบลำดับเบสบางส่วนของ DNA ที่อยู่ใกล้ หรือ DNA ส่วนที่เราต้องการเพิ่มจำนวน เพื่อที่เราจะสามารถเพิ่มจำนวน DNA ส่วนนั้นๆ ได้)

วิธีการทำ PCR ประกอบไปด้วย

denaturation ทำให้สาย double stranded DNA แยกตัวออกมาเป็น single stranded โดยใช้ความร้อนที่อุณหภูมิ 94°C
annealing หมายถึงการรวมตัวระหว่าง primer กับลำดับเบสที่ complementary กัน
polymerization หรือ extension เป็นการต่อสาย primer ใช้เอนไซม์ DNA polymerase โดยในการนี้ เราจะใช้ DNA polymerase ชนิดพิเศษที่เรียกว่า Taq (Tack) polymerase เป็น DNA polymerase ที่สกัดมาจาก bacteria Thermus aquaticus ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อความร้อนได้ (bacteria ตัวนี้อาศัยอยู่บริเวณน้ำพุร้อน)
ทำซ้ำจาก ข้อ 1 ถึง ข้อ 3 คือ heat denaturation, annealing of primers และ primer extension อีกหลายๆ รอบ โดยทั่วไปนิยมทำประมาณ 25-30 รอบ

ข้อเสียเปรียบประการหนึ่งของวิธี PCR คือ Taq polymerase ที่ใช้ไม่มีคุณสมบัติ proof reading ดังนั้นอาจจะมีความผิดพลาดในการนำเบสที่ถูกต้องมาต่อในสาย DNA นั้นได้ ทำให้ได้เบสที่ผิดไปจาก DNA ต้นแบบ อีกประการหนึ่ง PCR เป็นวิธีที่ไวต่อการปนเปื้อนของ DNA ถ้า DNA ตัวต้นถูกปนเปื้อนด้วย DNA อื่นซึ่ง primer สามารถจับได้ ก็จะมีการเพิ่มจำนวนส่วนของ DNA นั้นๆ พร้อมๆ กับการเพิ่มจำนวน DNA ส่วนที่เราต้องการ

ได้มีการประยุกต์นำเอาวิธีการและผลผลิตจาก PCR ไปใช้หลายด้าน รวมทั้งการเพิ่มจำนวนของส่วนของ DNA เพื่อนำไปทำ DNA cloning หรือการเพิ่มจำนวนส่วนของ DNA ที่ต้องการจาก genomic DNA เพื่อใช้ไปทำ sequencing รวมถึงการใช้วิธี PCR ในการวินิจฉัยโรค

โดยวิธี PCR นี้ จำนวนของ DNA ส่วนที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นแบบเรขาคณิต กล่าวคือ ถ้าเริ่มต้นจาก DNA 1 โมเลกุล รอบที่หนึ่งของ PCR จะได้ DNA 2 โมเลกุล รอบที่สองจะได้ 4 โมเลกุล รอบที่สาม จะได้ 8 โมเลกุล อย่างนี้เรื่อยไป รอบที่สิบจะได้ 1,026 โมเลกุล รอบที่ยี่สิบจะได้ 1,048,576 โมเลกุล วิธีนี้เป็นวิธีที่ทำได้ง่าย, รวดเร็ว แต่ละรอบใช้เวลาไม่นาน (รูปที่ 14.6) แต่เราต้องรู้บางส่วนของลำดับเบสของ DNA ที่เราสนใจเพื่อเป็นประโยชน์ในการออกแบบและสังเคราะห์ primer PCR สามารถช่วยวินิจฉัยโรคได้ เช่น ใช้ PCR ในการตรวจค้นแบคทีเรีย หรือ ไวรัส เช่น HIV (human immunodeficiency virus) ที่เป็นสาเหตุของโรค AIDS Human cytomegalovirus และ hepatitis B virus PCR ยังสามารถนำไปใช้ในการวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรม โดยเฉพาะทำให้การตรวจสอบ single-copy sequence ใน DNA ของเซลล์เป็นไปได้ง่ายขึ้นมาก

การประยุกต์ใช้ PCR ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือ “ancient DNA analysis” คือ การใช้ PCR เพิ่มจำนวน DNA ของซากของสิ่งมีชีวิตที่มีอายุเป็นร้อยหรือพันปีมาแล้ว เช่น DNA จากมัมมี่ จากซากแมลงเพื่อนำมาศึกษาค้นคว้าด้านวิวัฒนาการ เป็นต้น