2.5. Sokszorosítás

Adott levesben rengetegféle molekula előfordulhat, sokszor egyesek fontosak számunkra, mások viszont nem annyira, vagy egyáltalán nem. Az, hogy a számunkra fontos molekulákat és az ő reakcióikat (jobban) követni tudjuk és ezáltal a kísérletünk biztos(abb) legyen elengedhetetlen. Fontos feladat tehát, hogy felerősítsük a számunkra fontos, de viszonylag kis mennyiségű DNS molekula jelenlétét a hatalmas mennyiségű számunkra nem fontos darab között. Az erre szolgáló technika a polimeráz láncreakción alapul. Segítségével milliószámra lehet előállítani a kívánatos molekulákat akár egyetlen kiindulási molekulából. A molekulák gyors másolhatósága, a nagy számuk (könnyen elérhető akár 1010 nagyságrend is) nagyon jó alapot jelenthet a számítási feladatok masszív párhuzamosságon alapuló hatékony megoldásának. A DNS molekulák másolása a természet által adott, hiszen pl. a sejtosztódás során rengeteg ilyen és hasonló folyamat megy végbe az élő sejtekben. Ehhez hasonló folyamatokat/reakciókat a laborban is egyszerűen megvalósíthatunk.

A sokszorosítás, technikailag egy összetett művelet, ami arra szolgál, hogy a kívánt kétszálú DNS-láncokból elég sok legyen jelen a levesben.

Ennek egyik lépése a denaturálás ami során megfelelő egyszálú DNS láncaink jönnek létre.

A sokszorosítás műveletében a polimeráz enzim kulcsfontosságú szerepet játszik, ezt a következő módszerrel tudjuk kihasználni. Tegyük fel, hogy olyan kétszálú DNS láncaink vannak, ami végeinek ismert a bázissorrendje. Legyenek az oldatban az adott láncon kívül az ismert végek komplementer láncai (primerek, ahogy a 2.2. ábra is mutatja). Ekkor melegítéssel elérhetjük, hogy a láncok egyszálú DNS-ekké esnek szét. Kicsit hűtve a levest a komplementerpárok az egyszálú láncok végéhez tapadhatnak (és mivel általában jóval rövidebbek mint maga a sokszorosításra szánt lánc és több is van belőlük a levesben, jó eséllyel inkább ezek tapadnak a sokszorosítandó egyszeres láncokhoz, mint azok találnak újra egymásra).

2.2. ábra - Ismert végű kétszálú DNS-lánc előkészítése a polimeráz enzim számára a primerek segítségével.

Ismert végű kétszálú DNS-lánc előkészítése a polimeráz enzim számára a primerek segítségével.

Így tehát van egy egyszálú DNS láncunk, aminek az elején (az 5' végén) néhány nukleotid már kétszálúra van kiegészítve; továbbá a levesben megtalálható mind a négyféle nukleotid kellően nagy számban. Ezután a polimeráz enzim az oldatban található nukleotidokból kétszálúvá egészíti a molekulát.

A sokszorosítást iterálva végezzük, a most kapott molekulákat denaturáljuk, és az oldatban található további primerek és nukleotidok segítségével újabb kétszálú példányaikat építjük fel az enzim segítségével, azokat újra denaturáljuk, és így tovább.

Az eljárás során rövid idő alatt exponenciális gyorsasággal emelhető meg adott molekulák száma a levesben, akár milliószorosára is emelhető egyes láncok száma.

DNS molekulák kiválasztására kétféle módszert szoktak használni, az első adott minta alapján választja ki a megfelelő molekulákat, a második pedig hossz alapján.