ニュースの疑問

PCRの検査のやり方と原理について簡単に解説

現在、コロナウイルスが世界中で感染し、生命や経済、イベントなどに深刻な影響を与えています。

そんななか、コロナウイルスに感染したかどうかを調べる際に、ニュースで「PCR」という言葉を物凄く聞きますよね。

そもそも「PCR」って何なのでしょうか?

この記事では、「PCR」の検査と原理について簡単に解説していきます。

あくまでも化学の知識がない人がイメージしやすいような説明をするので、専門的な解釈とは異なります。

専門的に知りたい方は、別のサイトをご覧ください。

PCRとは?

PCRとは「ポリメラーゼ連鎖反応」(polymerase chain reaction)の略です。

ポリメラーゼ連鎖反応とは、DNAポリメラーゼという酵素を用いて、DNAの特定の配列を増幅させる反応で、親子の血縁関係を調べる際のDNA鑑定にも用いられています。

なぜ、ポリメラーゼ連鎖反応が必要かといいますと、測定するサンプルからDNAを抽出しようとしても、ごく少量しか抽出されないため、DNA鑑定の精度が悪くなります。

そのため、ポリメラーゼ連鎖反応をすることで、DNAの特定の配列が増えるので、鑑定の精度があがります。

DNAの特定の配列を調べることで、親子のDNAの特定配列が一致すれば血縁関係がある、コロナウイルスの場合は、ウイルスのDNAの特定の配列が発見されたら「陽性」、発見されなかったら「陰性」となります。

PCRは検査そのものではなく、DNAの量を増やしてDNA鑑定の精度を高めるための手段。

PCRの原理とは?

DNAは以下の図のように二重らせんの形をしており、2本鎖で形成されています。

このDNAを増幅させる方法について説明していきます。

DNAを1本鎖にする

DNAに92~95℃くらいの温度をかけて、赤と青に分けます。

プライマーを結合させる。

プライマーは、DNAを合成するのに必要な短いDNAの断片です。

さきほどの画像を見ると、DNAの構造は赤の鎖と青の鎖がそれぞれ結合しあっているのが分かります。

そのため、赤の場合は青に近いDNAの断片を、青の場合は赤の鎖に近いDNAの断片がプライマーになります。

DNAは、1本鎖にしても時間がたてば再び2本鎖に戻ります。

赤と青に分けた鎖が元に戻る前に、それぞれに対応するDNA(プライマー)をくっつけると、「1本鎖DNA+プライマー」の形が出来上がります。

イメージすると、

➀2本鎖DNA(赤=青)

②熱をかけて分解(赤、青)

③プライマー(赤’、青’)を1本鎖DNAにくっつけると、

④それぞれの1本鎖にプライマーが結合される。(赤-青’、青-赤’)

最初の工程で、DNAを2本鎖から1本鎖にしているのは、プライマーは1本鎖のDNAにしか結合できないためからです。

DNAポリメラーゼを使って伸張反応させる。

「1本鎖DNA+プライマー」の状態で、DNAポリメラーゼを用いて、「1本鎖DNA+プライマー」を合成して2本鎖DNAにして、伸張させます。

すると、元のDNA(赤=青)が、赤=青’、青=赤’と2つに増えます。

これを1サイクルとして、何回も繰り返すと、1→2→4→8→16倍と増えていき、20サイクル行えば、元のDNAの100万倍に増幅する事が出来ます。

PCR検査の精度は低いの?

PCR検査をしてよく聞くのが、

「陰性と判定されたのに、体調がすぐれずもう一度受けたら陽性と判定された」

「陽性と判定されたけど、実はウイルスに感染していなかった」

つまり、PCR検査の判定が間違っているという事ですね。

こうなると、

「PCR検査の精度は高くないのでは?」

と思うでしょう。

現状、PCR検査の精度は70%くらいと言われており、そこまで高くないのが現状です。

PCRの欠点とは?

PCR検査の精度が高くない理由は、PCRは欠点が多いからです。

目的DNAとは異なる産物が増幅されやすい

PCRに用いる耐熱性DNAポリメラーゼは、PCRのサイクル数が多くなったり、増幅させるDNAの配列が長いと、配列を読み取るエラーが生じやすくなります。

そのため、目的DNA配列ではない産物が増幅してしまうことがあります。

プライマーが絶対的に必要であり、一般的には1対のプライマーで挟まれた領域のDNA以外を増幅させることはできないこと。

DNAをコンタミさせると、コンタミしたDNAも増幅してしまう

目的のDNAとは違うDNAが混入して、たまたまプライマーとの相性が良いと、コンタミしたDNAが増幅されてしまいます。

そのため、他のDNAの混入を徹底的に防がないといけません。

検査に時間がかかる

PCR法は、ウイルスから遺伝子を抽出するのに、約30分から2時間、

遺伝子を増幅して検出するまで約2時間かかります。

インフルエンザは検査キットを用いると10分~15分くらいで済むので、かなり時間がかかることが分かります。

しかも、コロナウイルスの場合、検査員が感染しないよう厳重に取り扱う必要があるため、どうしても通常のPCRより時間がかかってしまいます。

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