Exponentieel verlopend amplificatieproces, enzymatisch gekatalyseerd door een thermostabiel DNA-polymerase, waarmee vele kopieën gemaakt worden van een specifiek DNA-segment, afgebakend door primers, in een te onderzoeken DNA-preparaat
De uitvinding van de polymerasekettingreactie (polymerase chain reaction, PCR) is van enorme betekenis geweest voor vakgebieden als medische diagnostiek, forensisch onderzoek, ecologie en evolutiebiologie. De PCR werd in 1985 ontworpen door de Amerikaanse biochemicus Kary Bank Mullis (1944-2019). Hij kreeg in 1994 samen met de Canadees Michael Smith de Nobelprijs.
De reactie is gebaseerd op de normale DNA-replicatie die plaatsvindt bij elke celdeling. De PCR wordt echter uitgevoerd in vitro, met DNA geïsoleerd uit een te onderzoeken monster. Bovendien wordt een speciaal DNA-polymerase gebruikt genaamd Taq-polymerase, afkomstig uit de thermofiele bacterie Thermus aquaticus. Dit enzym wordt nu op grote schaal biotechnologisch vervaardigd en verschillende varianten zijn commercieel verkrijgbaar. Het voordeel van Taq-polymerase is dat het hittebestendig is zodat de reactie kan plaatsvinden bij hoge temperaturen en zonder dat andere enzymen nodig zijn om het DNA te denatureren van dubbelstrengs naar enkelstrengs.
Naast het Taq-polymerase en het doelwit-DNA bevat het reactiemengsel dNTPs (losse, door trifosfaat geactiveerde nucleotiden) en twee verschillende primers (een voorwaartse en een reversieve) die nodig zijn om de reactie op gang te brengen. De nucleotidesequenties van de primers definiëren het doelwit. De PCR amplificeert het DNA-segment tussen de primers.
De reactie is een cyclisch proces; bij 90 $$$^o$$$C wordt het DNA gedenatureerd, bij 40 $$$^o$$$C krijgen de primers de gelegenheid te binden (“annealing”), en bij 70 $$$^o$$$C vindt de polymerasereactie plaats (extensie). Deze cyclus wordt in een “thermocycler” enkele tientallen malen herhaald. Bij elke cyclus verdubbelt het doelwit-DNA, wat leidt tot miljoenen kopieën. Per reactie moeten de condities geoptimaliseerd worden.
