La reazione a catena della polimerasi è utilizzata per amplificare un segmento di DNA che si trova tra due regioni di sequenza nota. Due oligonucleotidi vengono usati come primers per una serie di reazioni di sintesi che sono caratterizzate da una DNA polimerasi. Questi oligonucleotidi hanno sequenze differenti e sono complementari a sequenze che si trovano su filamenti opposti dello stampo di DNA e delimitano il segmento di DNA che deve essere amplificato.Il DNA stampo viene denaturato con il calore (95°C) in presenza di un grande eccesso di ognuno dei due oligonucleotidi e di quattro dNTPs. La reazione viene poi raffreddata ad una temperatura tale da permettere ai primers di allinearsi con le sequenze target; (nella fattispecie 52°C) successivamente i primer allineati vengono amplificati con la DNA polimerasi (72°C). Il ciclo di denaturazione, allineamento e sintesi del DNA viene ripetuto molte volte (almeno 30). Poiché il prodotto di una amplificazione viene utilizzato come stampo per la successiva, ogni ciclo sostanzialmente raddoppia la quantità del tratto di DNA desiderato.Il principale prodotto di questa reazione esponenziale è un segmento di DNA a doppio filamento le cui estremità sono definite dalle estremità 5' degli oligonucleotidi primer e la cui lunghezza è definita dalla distanza tra i primers. Inoltre, durante la reazione vengono prodotte molecole più lunghe di DNA. Per esempio, i prodotti di un primo ciclo di amplificazione sono molecole di DNA tagliate in modo eterogeneo, la cui lunghezza potrebbe superare la distanza tra i siti di taglio dei due primers. In un secondo tempo queste molecole danno origine a DNA di lunghezza definita che si accumuleranno in modo esponenziale nei successivi cicli di amplificazione e formeranno i prodotti dominanti della reazione. Nonostante molecole più lunghe continuino ad essere prodotte ad ogni ciclo dallo stampo originale di DNA, esse si accumulano soltanto in modo lineare e quindi non contribuiscono significativamente alla massa finale delle sequenze target. I protocolli originali per la PCR utilizzavano il frammento di Klenow della DNA polimerasi I di E. coli per catalizzare l'amplificazione degli oligonucleotidi primer allineati. Poiché l'enzima viene inattivato alle temperature richieste per denaturare il DNA, ogni ciclo di sintesi richiedeva l'aggiunta di una aliquota fresca di enzima. Nonostante queste reazioni * Nel riportare i materiali e i metodi, visto il carattere non strettamente odontoiatrico della ricerca, si è voluto, ove necessario, fornire una breve premessa.-25 -funzionassero generalmente bene per l'amplificazione di piccoli segmenti di DNA (< 200 bp), i risultati con stampi più grandi erano deludenti.Questi problemi vennero risolti con l'introduzione (Saiki et al. 1988b) di una DNA polimerasi termostabile purificata dal batterio termofilo Thermos aquaticus (Taq DNA polymerase). Questo enzima, che può sopravvivere ad incubazioni a 95°C, non viene inattivato nella fase di denaturazione termica del DNA e non deve essere aggiunto ad ogni ciclo di amplificazione.Nonostante sia estremamente efficiente, l'amplificazione esponenziale di sequenze target non è un processo illimitato. In condizioni normali, la quantità di Taq DNA polimerasi inizia a limitarsi dopo 25-30 cicli di amplificazione. Se è necessaria ulteriore amplificazione, si può diluire un campione del DNA amplificato da 1000 a 10000 volte e usarlo come stampo per ulteriori cicli di sintesi in una nuova reazione a catena della polimerasi.