Трудности в изучении DNA заключаются в следующем:
- молекулы DNA животных и человека имеют огромные размеры. Такие молекулы неудобны для исследования и их предварительно разрезают, фрагментируют с помощью специальных ферментов - рестриктаз, выделяемых из бактерий. Рестриктазы «узнают» определенные последовательности и разрезают DNA в определенных местах;
- количество DNA в клетке невелико, поэтому необходим способ умножения (амплификации) изучаемой DNA in vitro. Таким методом является полимеразная цепная реакция - PCR, которая позволяет амплифицировать DNA или ее фрагмент в миллионы раз за несколько часов.
PCR осуществляют в пробирке с помощью термостабильной DNA-полимеразы (Tag-полимеразы) при участии дезоксинуклезидтрифосфатов - субстратов и коротких олигонуклеотидных затравок - праймеров. Праймер - это короткие, длиной в 20-30 нуклеотидов одноцепочечные фрагменты DNA, комплементарные 3’-концевым последовательностям копируемой DNA-матрицы. Благодаря праймерам ограничивается фрагмент DNA, который будет скопирован Tag-DNA-полимеразой, присоединяющейся к 3’-концам праймеров и достраивающей их до заданной длины. Реакция происходит в несколько стадий:
Стадии одного цикла PCR
- Денатурация. Инкубационную смесь нагревают до 90о. При этом происходит разрушение слабых связей в DNA и из одной двухцепочечной молекулы образуются две одноцепочечные.
- Гибридизация праймеров. Температуру снижают до 50о. При этом происходит гибридизация цепей DNA с праймерами.
- Полимеризация. Инкубационную смесь нагревают до 70о. При этой температуре Tag-полимераза удлиняет оба праймера с их 3’-концов. Праймеры дорастают до размеров матрицы. В результате количество DNA удваивается. Tag-полимераза выделяется из термофильных бактерий и отличается устойчивостью к высокой температуре. При температуре 70о гибрид праймер - DNA не денатурирует, а Tag-полимераза способна работать с большой скоростью.
