Derleme Yazı Review Article	Polimeraz Zincir Reaksiyonu Teknolojisinin Temel Prensipleri Basic Principles of Polymerase Chain Reaction Technology *Kemal TEKİN^1[ID], İsmail Selçuk AYGAR^1[ID], Tuğrul HOŞBUL^2[ID] Özet Kary Mullis’in 1984 yılında bulduğu ve kendisine Nobel ödülü kazandıran polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), spesifik DNA sekanslarının in-vitro DNA sentezi yoluyla eksponensiyel (üstel) olarak çoğaltılabildiği hızlı ve duyarlılığı yüksek bir tekniktir. PCR temel olarak bir DNA çoğaltma yöntemidir, bu yöntemle RNA çoğaltılmak istenirse önce "revers transkriptaz" enzimi kullanılarak hedef RNA sekanslarının DNA kopyaları (komplementer DNA, cDNA) çıkartılır ve PCR ile bu cDNA molekülleri çoğaltılır. PCR'ın kullanılmasıyla belirli bir genetik segmentin, birkaç kalıp DNA molekülünden başlayarak milyonlarca kopyası üretilebilmektedir. Kromozomal DNA'nın in-vivo replikasyonu milyonlarca nükleotidin replikasyonunu kapsar, PCR amplifikasyon ürünleri ise genellikle 1000 bp'den (baz çifti, base pair; bp) daha kısa olacak şekilde dizayn edilir. Bununla beraber ekstrem durumlarda özel termostabil DNA bağımlı DNA polimeraz kombinasyonları kullanılarak 35000 bp'den daha uzun PCR amplikonlarının başarılı olarak çoğaltılabildiği bildirilmiştir. Günümüzde bu yöntemin çeşitli varyasyonları mikrobiyoloji, adli tıp ve genetik bilimlerinde araştırma ve tanı amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. PCR temelli yöntemlerin önemli kullanım alanları arasında dizi analizi, klonlama, kantitatif hasta izlemi, moleküler ilaç direnç testleri, filogenetik analizler ve salgın yönetimi ve doku uyumluluk testleri gibi uygulamalar yer alır. Bu makalede PCR yönteminin temel prensipleri ele alınmıştır. Anahtar kelimeler: Amplifikasyon, DNA, Polimeraz, PCR tamponu, Master miks. Abstract The polymerase chain reaction (PCR) discovered by Kary Mullis in 1984, which earned him the Nobel prize, is a fast and highly sensitive technique in which specific DNA sequences can be exponentially amplified via in-vitro DNA synthesis. PCR is basically a DNA amplification method, if it is desired to reproduce RNA; DNA copies (complementary DNA, cDNA) of the target RNA sequences are firstly produced by using the enzyme "reverse transcriptase" and these cDNA molecules are amplified by PCR. Using PCR, millions of copies of a specific genetic segment can be produced, starting with several target DNA molecules. In-vivo replication of chromosomal DNA involves replication of millions of nucleotides, while PCR amplification products are generally designed to be less than 1000 bp (base pair; bp). However, in extreme cases it has been reported that PCR amplicons longer than 35000 bp can be successfully amplified using special thermostable DNA-dependent DNA polymerase combinations. Today, various variations of this method are widely used in microbiology, forensics and genetics for research and diagnosis purposes. Important uses of PCR based methods include sequence analysis, cloning, quantitative patient monitoring, molecular drug resistance tests, phylogenetic analysis, and epidemic management and tissue compatibility tests. In this article, basic principles of PCR method are discussed. Keywords: Amplification, DNA, Polymerase, PCR buffer, Master mix. Şekil 1. PCR’da primer-hedef bağlanması ve yeni zincir sentezi. Şekil 1 png Figure 1. Primer-target binding and new chain synthesis in PCR. Figure 1 png Şekil 2. Örnek bir PCR döngüsü ve reaksiyon basamakları. Şekil 2 png Figure 2. An example PCR cycle and reaction steps. Figure 2 png Şekil 3. Zincir uzarken DNA sentezi diğer uçtaki primer bölgesini geçince (polimerazın sentezi ne kadar devam ettireceği kesin olarak belli değildir ve enzimden enzime değişiklik gösterir) uzunlukları kesin olarak belli olmayan ve hedeflenen sekansa göre daha büyük olan "uzun ürünler" oluşur. Bir sonraki döngüde asıl kalıp DNA ile beraber bu uzun ürünler de primerlerin bağlanabileceği yeni kalıplar olarak görev alırlar. Her döngü sonunda uzun ürünlerin kopya sayısı aritmetik olarak artarken kısa ürünlerinin sayısı logaritmik (üstel) bir artış gösterir. Şekil 3 png Figure 3. As the chain elongates, when DNA synthesis passes the primer-binding site at the other end (how long the polymerase will continue synthesis is unclear and varies from enzyme to enzyme), so-called "long products" of uncertain length and larger than the targeted sequence are formed. In the next cycle, together with the original template DNA, these long products act as new templates to which the primers can anneal to the template. At the end of each cycle, the number of copies of long products increases arithmetically, while the number of short products increases logarithmically (exponentially). Figure 3 png
DOI: 10.46683/jmvi.2020.5
Article in Turkish
^1Department of Medical Microbiology, Gulhane Training and Research Hospital, Ankara, Türkiye. ^2Department of Medical Microbiology, Gulhane Medical Faculty, University of Health Sciences, Ankara, Türkiye..
*Corresponding author Tuğrul Hoşbul; Asst.Prof., Department of Medical Microbiology, Gulhane Medical Faculty, University of Health Sciences, Ankara, Türkiye. E-mail: tugrulhosbul@gmail.com
Received: 03.01.2020 Accepted: 20.05.2020 Published: 21.05.2020
Cite as: Tekin K, Aygar İS, Hoşbul T. Basic Principles of Polymerase Chain Reaction Technology. J Mol Virol Immunol 2020; 1(1): 57-66.
View in academic indexes and databases
Cited by 2 articles*, 1 book chapter.
[1]* Unat İ. Different Types and Modifications of Polymerase Chain Reaction. J Mol Virol Immunol 2022; 3(4): 159-176. doi: 10.46683/jmvi.2022.60
[2]* Türedi OK, Şeker E. Mikrobiyolojide En Yaygın Moleküler Tanı Yöntemi: Polimeraz Zincir Reaksiyonu. Harran Üniv Vet Fak Derg 2023; 12(1): 118-125. doi: 10.31196/huvfd.1246738
[3] Aksoy M, Eröksüz H. Moleküler Patolojide Genetik Tanı Teknikleri; Gerçek Zamanlı Polimeraz Zincir Reaksiyonu (Real-Time PCR), Bölüm 3. Veteriner Hekimlikte Güncel Yaklaşımlar III (Şeker İ, Köseman A, Kul S, Şeker P). 2023, Akademisyen Kitabevi, Ankara. pp:25-36. ISBN 978-625-399-494-5.
©Copyright JMVI. Licensed by Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).