Sejarah Teknik "Polymerase Chain Reaction" (PCR)

Sejarah Polymerase Chain Reaction (PCR)

Teknik PCR merupakan salah satu teknik yang menjadi landasan proyek genom manusia (human genome project) dan merupakan salah satu teknik yang sangat fundamental dalam bidang biologi molekuler. Teknik ini ditemukan sekitar 20 tahun yang lalu yaitu sekitar tahun 1980-an. Teknik PCR pertama kali ditemukan dan digagas oleh Kary Mullis yang merupakan seorang ahli kimia pada Cetus Corporation di California. Untuk penemuannya ini Kary Mullis mendapatkan penghargaan Nobel dalam bidang kimia pada tahun 1993 [1].

Kary Mullis [2]

Teknik PCR merupakan sebuah teknik yang terdiri dari penggabungan beberapa teknik lainnya yang telah ditemukan sebelumya. Sintesis DNA untai pendek (oligonukleotida) dan penggunaanya untuk mensintesis salinan baru dari target spesifik DNA menggunakan DNA polimerase sudah menjadi suatu standar protokol yang telah diketahui oleh para ahli biologi molekuler pada waktu itu [1].

Hal baru atau konsep baru yang dikemukakan oleh Kary Mullis adalah penjajaran dua oligonukleotida yang saling melengkapi pada untaian DNA yang berlawanan, yang mana penjajaran kedua oligonukleotida ini dimaksudkan untuk memperkuat region di antara kedua oligonukleotida tersebut. Selanjutnya agar didapatkan reaksi berulang dari produk sebelumnya, maka ditambahkan satu putaran aktivitas polimerase ke dalam kumpulan template sehingga akan menghasilkan reaksi yang berantai (Chain reaction) [1].

Salah satu hal yang sangat penting dalam teknik PCR ini adalah penggunaan enzim polimerase yang berperan penting dalam proses replikasi DNA. Pada awalnya enzim polimerase yang digunakan pada teknik ini berasal dari Escherichia coli, namun sayangnya enzim polimerase yang berasal dari bakteri tersebut bersifat tidak tahan panas (termolabil) dan mudah rusak ketika dipanaskan pada proses denaturasi DNA yang dilakukan pada suhu 95^o C. Namun, pada akhirnya para ilmuwan berhasil menemukan dan mengisolasi bakteri Thermophilus aquaticus dari mata air panas. Enzim Polimerase yang berasal dari bakteri ini dikenal dengan Taq polymerase yang mana enzim ini merupakan enzim yang tahan terhadap pemanasan [1].

Ketika awal ditemukan, teknik PCR merupakan teknik manual yang lambat dan membutuhkan petugas yang banyak karena masih menggunakan waterbath dengan suhu yang digantii dan diatur secara manual mengikuti tahapan proses PCR. Oleh karena itu para ilmuwan dari Cetus Corporation bekerja sama untuk membuat teknik ini menjadi lebih praktis dan dapat diotomatisasi [1,3].

Selanjutnya mesin thermocycling pertama, "Mr Cycle," dikembangkan oleh Cetus Corporation. Mesin ini berfungsi untuk meng-otomatisasi perubahan suhu yang terdapat pada teknik PCR, meskipun pada awalnya masih dibutuhkan penambahan enzim polimerase segar, karena masih menggunakan enzim yang bersifat termolabil. Setelah pemurnian enzim Taq polymerase berhasih dilakuan, Cetus dan Perkin-Elmer memperkenalkan DNA Thermal Cyclers yang banyak digunakan saat ini [1]. 

Prototype PCR thermal cycler
(Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prototype_PCR_thermal_cycler.jpg)

Oleh: I.G.A. Adnyana

Referensi:

1. Bartlett JM, Stirling D. A short history of the polymerase chain reaction. InPCR protocols 2003 (pp. 3-6). Humana Press.
2. The Nobel Prize. Kary B. Mullis Facts, 2020 [internet]. tersedia pada: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1993/mullis/lecture/.
3. Smithsonian Videohistory Collection. The History of PCR, 2004 [internet]. tersedia pada: http://siarchives.si.edu/research/videohistory_catalog9577.html.