PCRとは？何の略？新型コロナウイルス感染症（COVID-19）検査で活用される技術をわかりやすく解説

ポリメラーゼとは、私たちの身体の中にあるDNAもしくはRNAという遺伝子が増幅する時に働く酵素のことです。

ポリメラーゼ連鎖反応という言葉は、主に分子生物学の分野で使われる専門的な言葉なので、聞いたことがない方も多いかもしれませんね。

高校の時に生物を専攻していたという方であれば、もしかしたら耳にしたことがあるかもしれません。

そういう方も多いと思います。

実は、PCR自体は最近できた技術ではなく、1983年にアメリカの生化学者であるキャリー・マリスによって発明された技術です。

キャリー・マリスは、この発明によってノーベル賞を受賞しています。

PCRの技術が報告されてから現在に至るまで、分子生物学には不可欠な技術であるとされています。

それこそ大革命ともいえる発明で、PCRの登場によってDNA配列クローニングなどの実験が行えるようになり、感染性病原体の特定などに関わる技術の開発、DNA型鑑定などは飛躍的に進歩しました。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の検査をはじめとした疾病診断学のほかにも、科学捜査や農業試験など幅広い分野で使われている技術です。

PCRで調べるのは、とても小さなものです。

たとえば新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のウイルスなどですが、ウイルスというのはとても小さいため、そのままでは通常の検査をすり抜けてしまい、正しい診断を行うことが難しくなってしまいます。

PCRでは、酵素や試薬などの薬品を使って、ごくごく少ない量だったウイルスの遺伝子の一部を数百万〜数十億倍にまで増やす（複製する）ことができます。

そうすることで、通常はすり抜けてしまうようなウイルスも見つけることができるようになります。

PCRはこのようにほんの少しのDNAサンプルから詳細を研究するために十分な量に増幅することを目的とした技術です。

まずは準備としてDNAを検体から分離します。

これは手作業でも行えますが、COBAS® AmpliPrep Instrumentなどを使えば人間が介入することなく自動で行うことができます。

その後は、下記のようなサイクルが行われます。

その通りです。

2本鎖のDNAを分離させて1本鎖にするので、1本鎖が2本になりますよね。

プライマーがそれぞれの1本鎖を補うように結合すると、2本鎖のDNAが2つできることになります。

上記のサイクルを繰り返していくことで1が2に、2が4にと倍々に増やすことができます。

これを35回行えば2の35乗となり、その数は34359738368という、とてつもない数になります。

倍々に増えていくので、とても大きな数になります。

もしもDNAが2本鎖ではなく1本鎖だったら、PCRは成立しなかったでしょう。

元々1本鎖なら35回行ってもDNAは35倍にしかならないからです。

ウイルスの培養というと、シャーレや試験管の中で生きたウイルスを研究者や専門家が研究室に閉じ籠もって数日や数週間など、長い時間をかけて増やしていくようなイメージがありますよね。

従来まではこのような方法でしたが、PCRではそのような長い時間はかからず、1時間ほどで検査を終えることができます。

そのためには、しっかりとした事前準備が必要です。

それさえできていればDNAが生きていても死んでいても検査ができます。

増やしたDNAの中にウイルスがいれば陽性、いなければ陰性という結果になります。

もしかしたら、そんな風に思っている方も少なくないかもしれませんね。

しかし実は、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）をはじめとした感染症検査はPCRの用途の一つでしかありません。

他にも、PCRは下記のような検査で使われています。

具体的な例としては、たとえばブランド牛が挙げられます。

本当にブランド牛の肉なのかということを遺伝子判定によって確かめるときにPCRによる検査が行われます。

食品検査でも用いられ、メーカーが食品を販売する前に、製品にウイルスや菌が入っていないことを確認することができます。

PCRのメリットとしてはまず、ほかの方法よりもDNAを早く増やすことができるという点があります。

そして、調べたい遺伝子がごく少ない量しかなかったとしても、大量に増やせるのもメリットです。

また、高い再現度での実験が行えることもPCRのメリットです。

たくさんのメリットを持ち、開発から現在に至るまでさまざまな研究や開発に貢献してきたPCRですが、デメリットも存在します。

PCRのデメリットとしては、事前にターゲットである調べたいDNAの配列を知らないと検査ができないことが一つです。

また、測定するDNAの試験開始時の量を測定することができないこと、汚染（コンタミネーション）に極端に弱いことがあります。

PCRの機器が比較的高額であることもデメリットと言えるかもしれません。

PCRの基本的な原理は開発当初から変わっていません。

ですが、検査に用いる試薬の性能が向上したことやポリメラーゼの改良、検査に使用する機器やプラスチック容器が進歩したことによって、PCRの技術は年々進化しています。

新しいPCRが登場しています。

それは、リアルタイムPCRやデジタルPCRと呼ばれるものです。

通常のPCRのは、電気泳動法（DNA水溶液に電圧を加えてDNAを動かし、帯電する物質をそれぞれの大きさごとに分類する方法）を行うことで初めて検査の結果を知ることができます。

リアルタイムPCRでは電気泳動法を行うことなく結果がわかるため、汚染のリスクも減り、よりスピーディーに結果がわかるようになりました。

また、定量PCRといい、初期のDNA量の測定もできるようになってきています。

PCR、そしてリアルタイムPCRと進化したことで技術は発展し、DNAの量をより簡単に、正確に測ることができるようになりました。

しかし、リアルタイムPCRでも、希少な対立遺伝子検出などについては測定の感度が十分とは言えませんでした。

はい、デジタルPCRでは、増幅させるサイクル数に依存することなく、希少な対立遺伝子の検出やサンプル中のDNAの初期量を絶対定量することができます。

このデジタルPCRによって、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の検査結果の偏りやばらつきを抑えることを目的とした国際比較プロジェクトも開始されています。