중합효소연쇄반응
다른 표기 언어 polymerase chain reaction , 重合酵素連鎖反應 동의어 PCR, 유전자 증폭기술, 遺傳子增幅技術요약 전체 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid/DNA) 게놈에서 특정 DNA 절편만을 선택적으로 복제하여 증폭시킴으로써 시험관 내에서 효과적으로 DNA를 탐색하고 분리할 수 있는 기법.
1988년 에를리히 등에 의해 개발된 획기적인 분자생물학적 방법이다. PCR의 가장 큰 목적은 원하는 DNA의 증폭이다. 유전자검색법등을 이용한 과학수사연구나 여러 가지 생물체 내의 DNA 연구, 유전병의 진단 등에서 가장 어려운 문제는 특정 DNA를 순수하게 분리하기 어렵고 분리할 수 있는 양이 미량이라는 점이다.
그러므로 DNA의 증폭이 필요하게 되었고, 증폭이 가능하게 되면 아주 적은 양의 DNA만으로도 실험을 실시할 수 있을 정도로 충분한 양을 얻을 수 있다. 일반적으로 PCR 반응혼합액에는 주형으로서의 시료 DNA와 2종의 프라이머, 'Taq DNA중합효소', 그리고 4종의 'dNTP' 등이 포함되어 있다. 이중 프라이머로는 특정 DNA 절편에서 각 단일나선의 3'말단 염기서열에 상보적으로 결합할 수 있도록 합성된 올리고뉴클레오티드가 사용된다. 먼저 PCR는 반응혼합액에 고온(94℃)을 가하여 주형 DNA를 단일나선으로 분리시킴으로써 시작된다(변성). 뒤이어 온도를 낮춤으로써 혼합액 속의 프라이머가 목표 DNA의 각 단일나선에 결합하게 되며(어닐링：일반적으로 40~60℃에서 실행), Taq DNA 중합효소에 의해 새로운 DNA 가닥이 합성된다(중합반응：일반적으로 Taq DNA 중합효소의 적정 활성온도인 72℃에서 실행). 따라서 새로운 DNA의 합성은 두 프라이머 사이의 DNA 서열을 따라 진행된다. 이와 같이 1주기의 PCR에 의해 특정 DNA 절편은 2배가 되며 이들은 다시 다음 PCR의 목표 DNA로서 작용하게 되어, 연속적인 n주기가 진행되고 나면 그 특정 DNA 절편의 수는 2n으로 지수적인 증폭을 하게 되는 것이다.
본래 PCR에는 DNA 중합효소로서 'Klenow fragment'가 사용되었다. 그러나 이 중합효소는 고온에서 활성을 잃기 때문에 각 PCR 주기가 진행될 때마다 새로 공급해야만 했다. 그러나 고온성 세균의 일종인 테르무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus)에서 분리한 Taq DNA 중합효소는 한 번만 공급해주어도 수십 번의 주기를 통해 안정적으로 반응을 진행시킬 수 있게 되었다.
최근에는 정확도가 아주 높은 초내열성 균주에서 생산된 벤트 중합효소(Vent polymerase)와 'Pft중합효소'도 시판되고 있다. 이와 함께 DNA 합성기에 의한 올리고뉴클레오티드 합성의 자동화, 열주기(thermal cycle)의 자동화 등의 발전은 PCR의 효율성을 크게 증가시키게 되었다. 이제 PCR는 유전자클로닝, 제한효소, 서던블로팅 등과 함께 분자생물학이나 분자유전학의 핵심 기법으로서 인간을 포함한 모든 생물체의 게놈 분석에 필수적인 도구가 되었다.