【番外編】PCRの原理を解説

当サイトの内容は説明を簡単にするために意図的に正確ではない表現を使うことがあります。また、専門家ではないので単純に間違っている可能性もあります。あくまでイメージをつかむ程度に活用してください。

詩絵莉ちゃん!PCRが流行ってるよ!あのPCRが!

ウイルス検査のことですか?流行ってるというか…最近よく聞きますね。なんなのかはよく分からないですけど…

も〜詩絵莉ちゃん、物理だけじゃなくて生物も勉強しないとだめだよ!
PCRはPolymerase Chain Reaction、ポリメラーゼ連鎖反応の頭文字!

舞花さんは物理も勉強してくださいね。

う、うるさいよ!
というわけで今日は舞花おねーさんが特別にPCRについて教えてあげるね。

教えてほしいなんて一言も…

やだなぁ〜詩絵莉ちゃんだっていっつも聞かれてもないのに物理の話ベラベラ喋ってるじゃん!

何も言い返せない…

PCR面白いしすごいんだよ!詩絵莉ちゃんもDNAに興味が湧くはずだよ。まずはDNAについて話すね。

(長くなりそう…)

DNAはデオキシリボ核酸の頭文字。みんな知ってるようにヒモ状の分子が2本セットで螺旋状になっているよ。

このヒモ状の分子の構造を見ると、4種類のかたまりが繋がって出来てるの。この4種類のことをヌクレオチドっていって、ヌクレオチドはリン酸、五炭糖、核酸塩基がセットになったかたまりだよ。

へ、へぇ〜…

図で見れば一発だよ!

なるほど!

ちなみにこの五炭糖はデオキシリボースっていう名前だよ。

だからデオキシリボ核酸なんですねー。

リン酸とデオキシリボースは共通だけど、DNAは核酸塩基が4種類あるからヌクレオチドも4種類!

DNAの4種類の核酸塩基はそれぞれアデニン、グアニン、シトシン、チミン。頭文字を取ってA、G、C、Tと表すの。

それはなんか聞いたことありますね。

この4種類のヌクレオチドが繋がってヒモ状になってるのがDNA!たった4種類で出来てるなんてすごいね!

それでね、この4種類の核酸塩基には仲良しの組み合わせがあって、AとT、CとGは仲良しなの!仲良しだからこのペアでくっつこうとするよ。私と詩絵莉ちゃんみたいだね!

え?

え?

というわけでDNAの構造を見てみてね。AとT、CとGでペアになってくっついてるから全体で2本鎖になってるんだよ。

なるほど~

そして!DNAが増える時には片方のDNA鎖が鋳型になって、バラバラのヌクレオチド達が順番にくっついていくことによって新しいDNA鎖が複製されるよ。

というわけでここからPCRの説明に入るね。

ようやく…

じゃあDNAを人工的に複製しちゃおう!っていうのがPCRだよ。体の中でしか複製できなかったDNAが人工的に複製できるようになったなんてすごいねー!

まず2本鎖になっているDNAをほどくために90℃以上に加熱するよ。仲良しペアを繋いでいるのは弱い水素結合だから、熱をかけるとほどけるの。

仲良しといってもその程度の仲なんですね!

なんてこと言うの!?

PCRの目的は鎖全体じゃなくて鎖の一部だけを複製することだから、どの部分を複製するのか分かるように印をつけるよ。この印をプライマーって言うんだけど、これも仲良しペアがくっつく仕組みを利用してくっつけるよ。ちゃんと目的の部分にくっつくように核酸塩基の配列が並んでるのが図を見ると分かるね。よくできてるね〜。

仲良しペアは加熱すると離れるけど、逆に冷やすとくっつくよ。恋は冷めたら離れるのに、DNAは逆なんだね。

そうですね。

何そのドライな相槌!詩絵莉ちゃん冷たいなー。でもDNAだったら冷たい方がくっつくから…

いいから続けてください。

はい。

というわけで冷やして印のプライマーがくっつきました。
今度は72℃に加熱すると、あらかじめ入れておいたバラバラのヌクレオチドが順番に繋がっていってDNAが複製されるよ。DNAポリメラーゼっていう子が繋げる役割を果たしているんだよ。

こんな感じで、DNAとプライマーとDNAポリメラーゼとヌクレオチドを混ぜて加熱したり冷やしたりするとどんどんDNAが増えていくよ。しかも出来立てホヤホヤのDNAも鋳型になることができるから指数関数的にすごい勢いで増えていくんだ〜!すごくない!?

ちなみに交互に加熱したり冷やしたりする装置をサーマルサイクラーっていうよ。名前カッコいいね!

人工的に複製できるなんてすごいですねー!

ちなみに新型コロナウイルスが持ってるのはDNAじゃなくてRNAだから、DNAに変換してから複製して判定するよ。

RNA?

その話はまた次回!

また長くなりそうだしね…(汗

====================================
メンバーのツイッターアカウントはこちら!
フォローよろしくね!

天月翼愛(あまつきつばめ):@kimasista
キマシスタ公式アカウントとして広報活動をしています。記事の紹介や物理の豆知識をツイートしていきます。

・網戸舞花(あみどまいか):@__amid
電気系メインで実験をやっています。画像付きで実験の様子をツイートしていきます。

・酒匂結穂(さこうゆいほ):@y_sako_
まだツイートしてないけど音の科学や音楽理論のツイートをしていく予定です。