Our DNA contains loads of information, neatly stacked and compressed to insanely small sizes able to fit within a cell nucleus. A single DNA molecule has two strands, which wrap around one another to form a double helix. Each single strand of DNA is composed of a sequence of four types of nucleotides, which are the individual letters or building blocks of DNA. Nucleotides of DNA are made up of a sugar, deoxyribose, a phosphate, and one of the four nucleobases; adenine, cytosine, guanine, and thymine, or ACGT for short. The nucleotides on one strand form hydrogen bonds to complimentary nucleotides on the other strand. Specifically, A bonds with T via two hydrogen bonds, and C bonds with G via three hydrogen bonds. Additionally, the two DNA strands also have a direction, meaning one of them runs from the three prime end to the five prime end, while the other one runs from the five prime end to the three prime end. Like to snakes coiled up together, but facing in different directions. Every single protein of our body is encoded through combinations of just four nucleotides. When there are errors in our genetic information, diseases occur. Let's be honest, we're always interested in knowing what was written in our DNA. Polymerase chain reaction, or PCR for short, is a technique used in molecular biology to amplify a segment of DNA. Let's take a step back. A single copy of DNA is not very much of it. So to work with DNA, we basically have lots and lots of copies of it so that it's easier to analyze. For example, if we want to visualize it, we can use a technique called gel electrophoresis. PCR is based on DNA replication, a process that our cells normally use to duplicate their genetic material before dividing into two identical daughter cells. So first of all, we're going to need a machine called a thermal cycler, that's where the PCR magic happens. You can think of it like a cauldron filled with a solution where genetic wizards add the ingredients. The ingredients are that DNA that we wish to multiply, an enzyme called Taq polymerase, specific primers that bind to the DNA, and a mixture of free nucleotides, A, T, C, and G. Throw everything in the thermal cycler, wave your magic wand, and the process begins. So let's say that we have a long double-stranded DNA molecule, and we're interested in the highlighted part. These two strands would be the template strands. The first step of PCR is denaturation, meaning that we heat up our ingredients to exactly 96 degrees Celsius, almost as hot as boiling water. This breaks open all bonds between the two strands of DNA, so that they can separate from one another. The second step is called annealing. Here's where we need primers. For our highlighted sequence, the primers would look like this. Three-prime end, CGGATAC, five-prime end, and the five-prime end, AGGTCAC, three-prime end. During the annealing step, we cool everything down to around 55 degrees Celsius. This allows the primers to bind to their complementary sequences on the single-stranded DNA. The third step is called extension. We want to make the environment as optimal as possible for Taq polymerase to do its job. See, Taq polymerase is actually a really cool enzyme. We get it from a bacteria called Thermus aquaticus that grows in geothermal hot springs. So not only can Taq polymerase withstand the heat during the denaturation step of PCR, but it also functions best at around 72 degrees Celsius. So during extension, we heat everything back up to 72 degrees, and Taq polymerase latches onto the primers, grabs some free nucleotides, and assembles the new DNA strands. That's pretty much all there is to it. A whole PCR cycle lasts roughly 10 minutes. At the end, we've doubled the amount of DNA because each template strand of DNA is now double-stranded. So now, we just continue cycling these three steps a couple of dozen times after every step, and the quantity of DNA gets doubled each cycle. Two strands, then four strands, then eight, then 16, then 32, then 64, then 128, and so on and so forth. So PCR actually multiplies DNA at an exponential rate. After around six hours and 40 cycles, we'll theoretically have two to the power of 40, or 1,099,511,627,776 copies. But that's easier to remember as just a whole lot of DNA that we can analyze further. There are a lot of variations of PCR, but let's discuss one that has been used recently for diagnosing of viral infection. Specifically, what if you wanted to diagnose someone with COVID-19? To do that, you would collect a nasal pharyngeal swab, which is where you take a long Q-tip with only one soft end, and twirl it a few times inside a nostril to get enough secretions on it to be analyzed. Now, getting a good sample is crucial, so make sure you really get in there. If no virus gets on the swab, then PCR can't detect it. To diagnose COVID-19, what you would look for is a virus called severe acute respiratory syndrome, Coronavirus 2, or SARS-CoV-2.

DNA'mız, hücre çekirdeğine sığabilecek kadar küçük boyutlarda düzgün bir şekilde istiflenmiş ve sıkıştırılmış çok sayıda bilgi içerir. Tek bir DNA molekülünde, çift sarmal oluşturmak üzere birbirlerini saran iki iplikçik vardır. Her bir DNA dizisi, DNA'nın tek tek harfleri veya yapı taşları olan dört tip nükleotitten oluşan bir diziden oluşur. DNA'nın nükleotidleri bir şeker, deoksiriboz, bir fosfat ve dört nükleobazdan birinden oluşur; kısaca adenin, sitozin, guanin ve timin veya ACGT. Bir şerit üzerindeki nükleotitler, diğer şerit üzerindeki tamamlayıcı nükleotitlere hidrojen bağları oluşturur. Spesifik olarak A, iki hidrojen bağı vasıtasıyla T ile bağlanır ve C, üç hidrojen bağı yoluyla G ile bağlar. Ek olarak, iki DNA dizisinin de bir yönü vardır, yani bunlardan biri üç asal uçtan beş asal uca, diğeri beş asal uçtan üç asal uca uzanır. Birbirine dolanmış ama farklı yönlere bakan yılanlar gibi. Vücudumuzun her bir proteini sadece dört nükleotitin kombinasyonları ile kodlanır. Genetik bilgilerimizde hatalar olduğunda hastalıklar ortaya çıkar. Dürüst olalım, DNA'mızda ne yazıldığını bilmek isteriz. Polimeraz zincir reaksiyonu veya kısaca PCR, bir DNA segmentini amplifiye etmek için moleküler biyolojide kullanılan bir tekniktir. Geri adım atalım. DNA'nın tek bir kopyası çok fazla değil.DNA ile çalışmak için temelde çok sayıda kopyası var, böylece analiz etmek daha kolay. Örneğin, onu görselleştirmek istiyorsak, jel elektroforezi adı verilen bir teknik kullanabiliriz. PCR, hücrelerimizin normal olarak iki özdeş kızı hücresine bölünmeden önce genetik materyallerini çoğaltmak için kullandığı bir işlem olan DNA replikasyonuna dayanır. Her şeyden önce, termal döngüleyici adı verilen bir makineye ihtiyacımız olacak, burada PCR büyüsü gerçekleşiyor. Genetik sihirbazların malzemeleri eklediği bir çözümle dolu bir kazan gibi düşünebilirsiniz. Bileşenler, çoğaltmak istediğimiz DNA, Taq polimeraz adı verilen bir enzim, DNA'ya bağlanan spesifik primerler ve serbest nükleotitler, A, T, C ve G'nin bir karışımıdır. sihirli değnek ve süreç başlar. Diyelim ki uzun bir çift sarmallı DNA molekülümüz var ve vurgulanan kısımla ilgileniyoruz. Bu iki iplikçik, şablon iplikçikler olacaktır. PCR'nin ilk adımı denatürasyon, yani içeriklerimizi neredeyse kaynar su kadar sıcak, tam 96 derece Celsius'a kadar ısıtıyoruz. Bu, iki DNA dizisi arasındaki tüm bağları açar, böylece birbirlerinden ayrılabilirler. İkinci adım tavlama olarak adlandırılır. Burada astarlara ihtiyacımız var. Vurgulanan dizimiz için, astarlar böyle görünecektir.Üç başbakan sonu, CGGATAC, beş başbakan sonu ve beş başbakan sonu, AGGTCAC, üç başbakan sonu. Tavlama adımı sırasında, her şeyi 55 santigrat dereceye kadar soğutuyoruz. Bu, primerlerin tek sarmallı DNA üzerindeki tamamlayıcı sekanslarına bağlanmasına izin verir. Üçüncü adıma uzantı denir. Taq polimerazın işini yapabilmesi için ortamı mümkün olduğunca optimum hale getirmek istiyoruz. Taq polimeraz aslında gerçekten harika bir enzimdir. Jeotermal kaplıcalarda yetişen Thermus aquaticus adlı bir bakteriden alıyoruz. Bu nedenle Taq polimeraz PCR'nin denatürasyon adımı sırasında sadece sıcaklığa dayanmakla kalmaz, aynı zamanda en iyi 72 santigrat derecede de çalışır. Uzatma sırasında her şeyi 72 dereceye kadar ısıtıyoruz ve Taq polimeraz primerlere mandallıyor, bazı serbest nükleotitleri alıyor ve yeni DNA zincirlerini birleştiriyor. Bunun hemen hemen hepsi var. Bütün bir PCR döngüsü yaklaşık 10 dakika sürer. Sonunda, DNA'nın miktarını iki katına çıkardık, çünkü DNA'nın her bir şablon ipliği şimdi iki iplikçiklidir. Şimdi, her adımdan sonra birkaç düzine kez bu üç adımı tekrarlamaya devam ediyoruz ve DNA miktarı her döngü iki katına çıkıyor. İki iplikçik, sonra dört iplikçik, sonra sekiz, sonra 16, sonra 32, sonra 64, sonra 128, vb. Dolayısıyla PCR aslında DNA'yı üstel bir oranda çoğaltır.Yaklaşık altı saat ve 40 döngüden sonra, teorik olarak 40 veya 1,099,511,627,776 kopya gücünde iki tane olacak. Ancak bunu daha fazla analiz edebileceğimiz bir sürü DNA olarak hatırlamak daha kolay. PCR'ın birçok varyasyonu vardır, ancak son zamanlarda viral enfeksiyon tanısı için kullanılanı tartışalım. Özellikle, ne COVID-19 tanısı koymak isteseydiniz? Bunu yapmak için, sadece bir yumuşak ucu olan uzun bir Q ucu aldığınız ve analiz edilmesi için yeterli sekresyon almak için bir burun deliğinin içinde birkaç kez döndürdüğünüz bir nazal faringeal swab toplarsınız. Şimdi, iyi bir numune almak çok önemlidir, bu yüzden oraya gerçekten girdiğinizden emin olun. Eküvyona virüs bulaşmazsa PCR bunu tespit edemez. COVID-19'u teşhis etmek için, aradığınız şey şiddetli akut solunum sendromu, Coronavirus 2 veya SARS-CoV-2 olarak adlandırılan bir virüstür.