PCR - Полимеразын гинжин урвал

Полимеразын гинжин урвал бол ДНХ-г хувилж олшруулах арга юм.  Хэрэглэхэд хялбар, хурдан, хямд төсөр учраас  арга анагаах ухаан, биологи, шүүх эмнэлэг зэрэг олон салбарт өргөн хэрэглэдэг.

Полимеразын гинжин урвал гэж юу вэ ?

Амьтан ургамал, бактери, вирусийн удмын мэдээллийг ДНХ (зарим нь РНХ) агуулдаг.
ДНХ- нь нуклеотидууд гэж нэрлэгдэх нэгжээс тогтоно. Нуклеотидууд тогтсон дарааллын дагуу залгагдан ДНХ-г бүтээдэг. Нуклеодидуудын тоо ихсэх тусам, ДНХ уртасна. ДНХ нэг эсээс нөгөөд, эцэг эхээс үр хүүхдэд хуулбарлагдан дамжиж байдаг. Бидний биед шинэ эс үүсэх тоолонд шинэ ДНХ нийлэгжиж байдаг. Энэхүү ДНХ-ийн хувилагдах үйл явцыг лабораторт хуруу шилэнд явуулахыг л  полимеразын гинжин урвал (ПГУ) гэж нэрлэдэг.

ПГУ-аар дээжний ДНХ-ийн хэсгийг хэдэн мянга дахин хувилж олшруулах боломжтой. Ямар ч дээж байж болно, шүлс, цусны толбо, үрийн шингэн, арьс, үс, ургамал, хэдэн сая жилийн настай амьтаны үлдэгдэл гэх мэт. 

ПГУ явуулахад дөрвөн үндсэн зүйл хэрэгтэй

Нэгд,  хувилах гэж буй ДНХ буюу дээж материал. Аливааг эх хувиас нь хувилдаг шүү дээ. Тиймээс шинжлэх гэж буй дээж маань ДНХ агуулж байх нь л чухал.
Хоёрт, хуулбарлагч уураг болох полимераз. Бүх амьд биетүүд энэ уургын тусламжтайгаар өөрсдийн ДНХ хувилж олшруулж байдаг.  Хувилахын зэрэгцээ, буруу зөрүүг засаж янзлах ажлыг ч давхар хийнэ. ПГУ-д өндөр температурт тэсвэртэй Taq хэмээх полимеразыг ашигладаг. Халуун рашаанд амьдардаг Thermus aquaticus гэж нэрлэгддэг бактераас ялган авсан тул ийнхүү нэрлэгдсэн байна. 

Гуравт, праймер гэж нэрлэгдэх богинохон ДНХ. Праймер нь эх ДНХ-н аль нэг хэсэгт холбогдон, тэрхүү хэсгээс ээхэлж уулбарлах юм шүү гэдгийг зааж өгнө.  Праймер 2 байх хэрэгтэй. Хоёр праймерын хоорондох ДНХ л хувилагддаг. Гол нь праймерт байх нуклеотидын  дарааллыг мэдэж байх шаардлагатай. Праймерийг лабораторт өөрсдөө гарган авах болон биотехнологийн компанид захиалан хийлгэж болдог.
Дөрөвт, нуклеотид. Нуклеотид үгүй бол шинэ ДНХ үүсгэх материалгүй гэсэн үг. Нуклеотидуудыг эх ДНХ-ийн дараалалтай адил дарааллаар угсарч байж л шинэ хувь үүснэ. 

Энэ дөрвөн зүйл дээрээс нэмэгдээд тодорхой орчин нөхцөл шаардлагатай. Хамгийн чухал нөхцөл нь температур юм. Тиймд температураа өөрчилдөг машин буюу термоциклер мөн хэрэг болно. Хэмжээ жижиг боловч үнэ ихтэй төхөөрөмж. Хийдэг үндсэн ажил нь богино хугацаанд халах, хөрөх. ПГУ -ын машин гэж нэрлэгддэг. 

ПГУ-д гурван үе шат бий. Нэгдүгээр үе нь эх ДНХ-ийн утсыг салгах. ДНХ бие биеээ ороосон 2 утаснаас тогтдог тул салган дан утас болгох хэрэгтэй. Энэ үеийг денатураци гэдэг.

Хоёрдугаар үе нь, тэрхүү дан утастай ДНХ-д праймер холбогдох үе. Энэ үеийг эрлийзжих үе гэж нэрлэдэг. Эх ДНХ-ийн утас праймертай нийлж эрлийзжиж байна гэсэн утгатай.

Гуравдураар үе нь нийлэгжих үе. Полимераз уураг ДНХ-ийн праймертай холбогдсон хэсгийг хайж олоод, тэндээс үргэлжлүүлэн шинэ ДНХ-г угсарна. Нуклеотидуудыг залгаж, уртасгана  гэсэн үг. Энэ гурван шат явагдаад дуусахад ДНХ хувилагдсан байна. Дээрх үе шатыг явуулахад өөр өөр температур шаардлагтай бөгөөд машинаа тохируулсан байхад бүх зүйл автоматаар явагдаад ДНХ-г хувилаад өгнө.  Нэг цикл буюу дээрх 3 үе шат нэг удаа явагдахад 1-3 минут шаардлагатай байдаг. Их ДНХ хэрэгтэй бол дээрх олон дахин давтахад л болно. 45 минут хүлээхэд хэдэн сая хувийг үүсгэнэ.

ПГУ-ийг юунд ашигладаг вэ?

Энэ урвалыг нээснээр анагаах ухаанд том дэвшил гарсан гэж үздэг. Халдварт өвчин үүсгэгчдийг илрүүлж, оношлох, өвчин эмгэг үүсгэгч эмгэг генийг илрүүлэхэд ПГУ-г ашиглаж байна.  Өсгөвөрлөх, ялгаж танихад төвөгтэй  олон тооны бактери, вирус байдаг. Эдгээрийг ПГУ ашиглан ДНХ-г нь олон дахин хувилж, шинжилж илрүүлэхэд хангалттай хэмжээтэй болгодог. Нэг ширхэг бактери байсан ч түүний ДНХ-г хувилж олшруулах чадвартай.  ДОХ-ын вирусыг түүний эсрэг үүссэн уураг хүний цусанд байгаа эсэхээр нь ихэвчлэн оношлодог. Вирус халдварлаад түүний эсрэг уураг цусанд бий болох хүртэл бид оношлох боломжгүй, хүлээдэг  гэсэн үг. Тэгвэл ПГУ-аар  уг вирусыг эрт илрүүлэх боломжтой болсон байх жишээтэй.  Зөвхөн эрт илрүүлэхдээ бус, найдвартай байдгаараа ПГУ бусад аргаас давуу талтай.  Энэ аргыг сүрьеэ, мэнэнгит, бэлгийн замын халдвар үүсгэгчид болон олон төрлийн вирусыг илрүүлж оношлоход ашиглаж байна.

Зарим хүмүүс хавдар, зүрх судасны өвчнөөр амархан амархан өвчилдгийн шалтгаан нь эмгэг генээс болдог байна. Дээрх өвчнүүд удамшлын өвчин биш боловч эмгэг өөрчлөлтэй ген агуулсан хүмүүс илүү өвчлөмтгий байдгыг тогтоожээ. Ямар өвчнөөр өвчлөх магадлал ихтэй вэ гэдэг нь генээс нь шалтгаалж байгаа хэрэг. Энэ тохиолдолд ПГУ-р тухайн эмгэг ген байгаа эсэхийг илрүүлж болно. Мөн удамшлын эмгэгийг ураг, нярайн үед эрт илрүүлэхэд ПГУ-г ашигладаг.

ПГУ-аар одоо байгаа, ирээдүйд үүсч болох өвчнийг оношлоод зогсохгүй, өнгөрсөнд байсан өвчнийг илрүүлсэн жишээнүүд ч бий.

1844 онд Английн алдарт эрдэмтэн Жон Дальтон нас баржээ. Тэрээр өнгө ялгадаггүй байсан тул өөрийн нүдийг судалгаанд ашиглаарай хэмээн захиж үлдээсэн байна. 100 гаруй жилийн дараа түүний нүднээс ДНХ ялган ПГУ-р хувилж шинжлэхэд, түүнд өнгө ялгахад шаардлагатай ген байхгүй байсныг илрүүлжээ.

Өчүүхэн хэмжээний ДНХ-г ч хувилж олшруулж чаддаг нь ПГУ-ийн маш том давуу тал. Амьтан бүрийн ДНХ өөр өөр дараалалтай, тэр ч бүү хэл хүн бүрийн ДНХ өөр өөр байдаг. Яг л хурууны хээ давтагддаггүй гэдэг шиг ДНХ дараалал давтагддаггүй байна. Тиймээс ПГУ-г шүүх эмнэлэгт өргөн ашигладаг. Хэргийн газраас олдсон үс, шүлс, цусны толбыг шинжилж сэжигтнийхтэй харьцуулан хэрэгтнийг тогтоож болдог.  ДНХ-ийн шинжилгээ нь гэмт хэрэгтэн мөн эсэхийг тогтооход маш чухал шинжилгээ билээ. Гэмт хэрэгтэн мөн эсэхыг батлахын зэрэгцээ гэмт хэрэгтэн биш болохыг ч баталж болно. Олон жил хоригдсоны эцэст ДНХ-ийн шинжилгээгээр гэм буруугүй болох нь тогтоогдож суллагдсан тохиолдууд цөөн боловч бий.

Шинжлэх ухааны олон салбарт ПГУ өргөн нэвтэрсэн, хамгийн их хэрэглэддэг аргуудын нэг. 

Хүний үүсэл гарал, шилжин суурьшилт, үндэс угсаатнуудын гарал үүслийг тайлбарлахад ПГУ хувь нэмрээ оруулж байна. Мөн эртний устаж үгүй болсон  амьтадын үлдэгдэлийг илрүүлэн ДНХ шинжилснээр ямар амьтан байсан болохыг тогтоох судалгаа сүүлийн үед эрчимжиж байна. Түүгээр ч зогсохгүй тэдгээрийн ДНХ угсарч дахин амилуулах боломжтой гэж үзэх болжээ. ДНХ-ийн ижил төстэй байдлыг нь үндэслэн өнөөдөр байгаа амьтадын чухам алинтай нь төстэй байсан болохыг хэлж болдог. 

Зөвхөн судалгаа шинжилгээний хэрэглээгээр хязгаарлагдаж байгаа ПГУ-ийн олон төрлүүд ирээдүйд бидний амьдралд улам бүр нэвтэрж өдөр тутам ашиглагддаг түгээмэл аргуудын нэг болох бизээ.