新型コロナウイルス感染症の拡大にともない、ＰＣＲという言葉がすっかり身近になりました。そのため、ＰＣＲは新型コロナウイルスの検出方法を意味すると誤解されている 方も多いかもしれません。しかし実際には、ＰＣＲとは、特定のＤＮＡ断片を実験室の中で複製し、大量にそのコピーを生成する（増幅するといいます）技術、ポリ メラーゼ連鎖反応（Polymerase Chain Reaction）法のことで、1986年に発明されて以来、ＤＮＡ研究のいたるところで、広範囲に利用されている技術なのです。ＤＮＡを学習しましたので、ここでその原 理について説明しておきましょう。
必要なものは、増幅すべきＤＮＡ、大量のプライマー、大量の４種類のヌクレオチド、そしてＤＮＡポリメラーゼという酵素です。ここで増幅するＤＮＡとは、ＤＮＡ全部では なく、その中の特定の領域です。そしてプライマーとは、その増幅すべきＤＮＡ領域の両端それぞれに対して、相補的な塩基配列をもつ15〜30塩基程度の短いヌ クレオチド鎖です。下の図のStep 2 でみられるように、Forward primer と Reverse primer の２種類のプライマーが準備されます。ＤＮＡポリメラーゼ（下の図の Step 3 に描かれた水色の分子）は１本鎖のＤＮＡを鋳型として、投入された大量の単体のヌクレオチドを使い、二本鎖ＤＮＡを合成する反応を触媒する酵素です。これまで本文では、塩 基の相補性により、あたかもひ とりでにＤＮＡは複製され、二本鎖が出来るように描きましたが、実際には、ＤＮＡの複製にはこの酵素の手助けが必要です。そしてプライマーは、この二本鎖合成反応 の起点となる役目を果たしています。
上の図を見ながら、具体的な進行過程を説明します。
（Step 1）ＤＮＡは高温（摂氏94度）にすると２本のヌクレオチド鎖がほどけてばらばらとなります。
（Step 2）そして、徐々に温度を下げると、再び塩基の相補性によって元の二重らせんが復元されますが、大量のプライマーがあると、これも相補的な配列をもつヌクレオチド鎖ですの で、 こちらの方が優先的にほどけたＤＮＡに結合してしまい、元々の二重らせんの復元が阻まれます。
（Step 3）しかしそれだけではありません。そのプライマーの結合部を起点として、 ＤＮＡポリメラーゼが残りの部分に相補的な塩基を順次結合させ、もう１本のヌクレオチド鎖を合成していきます。その結果、元々のＤＮＡの２本の ヌクレオチド鎖それぞれに新たな相補鎖が合成され、２本のＤＮＡの二重らせん鎖ができあがります。まさにＤＮＡの複製が試験管のなかで行われたということです。
この温度を上げる、下げるという過程を繰り返すことで、最初１本だった二重らせん鎖は、２本、４本、８本、16本と倍々で増え、30回も繰り返せば、230 = 10 億本にまで増幅されるのです。
（注）コロナウイルスの有無を調べる検査でＰＣＲが使われますが、実はコロナウイルスはＲＮＡウイルスといって ＤＮＡをもっていません。そのためひと手間追加作業が必要となります。すなわち、検体に含まれるウイルスからＲＮＡを抽出した後、逆転写酵素というタンパク質を使いＲＮＡ に相補的なＤＮＡを作る必要があるのです。一方、プライマーも必要ですから、あらかじめウイルスのＲＮＡの塩基配列を解析し、それに相補的なＤＮＡのプライ マーを合成しておきます。そして ＰＣＲを行うと、もしその中にコロナウイルスのＲＮＡから逆転写されて作られたＤＮＡが含まれていればＤＮＡの増幅が起きますし、なければＤＮＡの増幅は起きません。これ によって感染の有無を判断することができるのです。
ところで、ＰＣＲ法の発明（1986年）は大きな驚きをもって迎えられました。ＤＮＡの物理・化学的性質を理解しているものにとっては、分かってしまえば至極当たり前と いうことだったのですが、複製というもっとも生命らしさをもった現象が、まさか試験管の中で、生命体に依存することなく出来てしまうということには当時のこの 分野の大御所といえどもなかなか思いが至らなかったからです。発見者マリスは決して大御所といわれる研究者ではなく、本人は、そうでなかったからこそ旧来の考 え方に捕らえられず思いつくことができたのかもしれ ないと当時を回顧しています。そして1993年、その功績によってマリスはノーベル化学賞を受賞しています。
生命を精密な分子機械と表現する研究者たちがいます。生命も物質の一存在様式に過ぎず、物理学・化学の範疇から出るものではない、というのが彼らの生命を 見る見方です。実際、多くの生命現象が、分子の振る舞いとして明らかにされ、理解されてきました。ただ、生命と単なる物質は何が違うのか、生命における分子の 「存在様 式」とはどう説明し、どう理解すべきものであるかは十分に語れるところまでには至っていないように思います。