Pengertian dan Prinsip Kerja Polymerase Chain Reaction (PCR)

Polymerase Chain Reaction (PCR) atau reaksi berantai polimerase adalah metode enzimatis untuk melipatgandakan (amplification) secara eksponensial suatu sekuen nukleotida tertentu secara in vitro. Metode ini ditemukan oleh Kary B. Mullis pada tahun 1985, seorang saintis dari perusahaan CETUS Corporation. Metode PCR ini pada awalnya hanya digunakan untuk melipatgandakan molekul DNA, akan tetapi dalam perkembangannya dapat digunakan untuk melipatgandakan molekul mRNA.

Metode PCR dapat melipatgandakan fragmen molekul DNA menjadi molekul DNA (110 bp/5×10-19) sebesar 200.000 kali setelah dilakukan 20 siklus reaksi selama 220 menit. Kelebihan dari metode PCR adalah DNA cetakan yang digunakan juga tidak perlu dimurnikan terlebih dahulu sehingga metode PCR dapat digunakan untuk melipatgandakan suatu sekuen DNA dalam genom bakteri hanya dengan mencampurkan kultur bakteri di dalam tabung PCR.

Prinsip Dasar PCR

Penggunaan metode PCR diperlukan empat komponen utama, yakni (1) DNA cetakan, (2) oligonukleotida primer, (3) deosiribonukleotida trifosfat (dNTP) yang terdiri dari dATP, dCTP, dGTP, dTTP, dan (4) enzim polimerase yang digunakan untuk mengkatalis reaksi sintesis rantai DNA.

Proses PCR terdiri dari tiga tahap, yakni denaturasi, penempelan (annealing), dan amplifikasi. Pada tahap denaturasi, suatu fragmen DNA (duoble strand) dipanaskan pada suhu 95 0C selama 1-2 menit sehingga akan terpisah menjadi rantai tunggal (single strand). Kemudian dilakukan penempelan (annealing) pada suhu 55 0C selama 1-2 menit, yakni oligonukleotida primer menempel pada DNA cetakan yang komplementer dengan sekuen primer. Setelah dilakukan penempelan, suhu dinaikkan menjadi 72 0C selama 1,5 menit. Pada suhu ini, enzim DNA polimerase akan melakukan poses polimerasi, yakni rantai DNA yang baru akan membentuk jembatan hidrogen dengan DNA cetakan. Proses ini disebut amplifikasi (diperkuat/disalin beberapa kali) (lihat gambar 1).

Reaksi-reaksi seperti diatas dapat diulangi sampai 25-30 kali (siklus) sehingga akan didapatkan molekul-molekul DNA rantai ganda yang baru. Banyaknya amplifikasi tergantung pada konsentrasi DNA target yang akan digunakan. Setelah diperoleh molekul-molekul DNA dalam jumlah yang sesuai, maka DNA tersebut dapat diamati dengan menggunakan cara elektroforesis gel, analisis fragmen restriksi, atau metode Sanger.

Aplikasi PCR

Sejak ditemukannya metode PCR, perkembangan dunia biologi molekular dan bioteknologi semakin pesat. Beberapa contoh manfaat penerapan PCR antara lain:

1. Studi arkeologi gen purba, seperti fragmen DNA kuno dari gajah purba (mammoth) yang telah membeku selama 400.000 tahun
2. Analisis tindakan kriminal dengan sedikit sampel darah, sperma, sidik jari atau jaringan
3. Deteksi virus papilloma pada kelamin manusia
4. Deteksi DNA atau RNA virus yang sulit terdeteksi, seperti HIV
5. Diagnosa kelainan genetik sebelum kelairan
6. Peramalan hemofilia
7. isolasi DNA dari miselium jamur dan spora
8. pengujian kualitas air minum
9. analisis filogenetik dalam taksonomi
10. identifikasi polimorfisme DNA
11. identifikasi jenis kelamin
12. skrining pustaka gen λgt11
13. penentuan urutan nukleotida
14. pemetaan genom manusia
15. dan lain-lain