PCR (Polymerase Chain Reaction) ; 중합효소연쇄반응 원리

PCR (Polymerase Chain Reaction)

PCR(Polymerase Chain Reaction, 중합효소연쇄반응)은 원하는 Target DNA 서열을 primer를 사용해 증폭하는 분자생물학적 기술이다. 아주 적은 양의 DNA 샘플을 사용하더라도 원하는 부분을 수백만배 이상 증폭가능하기에 유전자연구, 질병 진단, 법의학 등의 분야에서 사용된다.

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PCR의 기본 원리

PCR은 세 단계의 온도 사이클을 반복하면서 DNA를 증폭한다.

1. 변성(Denaturation)
약 94~98°C에서 이중 나선 구조의 DNA를 단일 가닥으로 분리

2. 접합(Annealing)
약 50~65°C에서 프라이머(primer)라고 불리는 짧은 DNA 조각이 Target DNA에 결합

3. 신장(Extension/Elongation)
약 72°C에서 DNA 중합효소(Taq polymerase)가 프라이머에서부터 새로운 DNA 가닥을 합성

이 과정을 25~35회 반복하면, 원하는 DNA 조각이 각 사이클에서 2배수로 증가한다.

<그림 출처 ; Tytgat, Olivier. (2022). Bringing Science to the Scene: Novel strategies for portable DNA profiling. >

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PCR 반응 시 필요한 구성 요소

* 주형 DNA (template DNA)
   : 증폭할 DNA 조각이 포함된 샘플

* 프라이머(primer)
  : 증폭할 구간의 양 끝을 지정해주는 짧은 DNA 서열
  : 일반적으로 약 Tm 값을 약 60°C 정도로 설정하며, 18~ 24mer로 구성되어있는 짧은 서열이다. Primer의 Tm값을 바탕으로 Annealing 단계의 온도가 결정된다.

* DNA 중합효소(Taq polymerase)
   : DNA를 합성하는 효소
   : Taq polymerase는 Thermus aquaticus라는 고온 환경에서 사는 열성 세균에서 유래한 DNA 중합효소(DNA polymerase)다. 이 효소는 고온에서도 구조가 안정하기때문에 PCR 과정 중 반복되는 고온(94~98°C  Denaturation 변성 단계)에서도 파괴되지 않고 계속해서 DNA를 합성할 수 있다.
  : 72°C 에서 활발하게 DNA를 합성한다.

* dNTPs
  : DNA 합성에 필요한 뉴클레오타이드

* 완충 용액(buffer)
   : 반응이 잘 일어나도록 환경 제공