في عام ١٩٨٣، بينما كان كاري موليس يقود سيارته على طريق سريع في كاليفورنيا، خطرت له فكرةٌ لنسخ الحمض النووي (DNA) بشكلٍ هائل. أصبحت هذه الفكرة فيما بعد تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، الذي نال عنه جائزة نوبل عام ١٩٩٣. يُعدّ تفاعل البوليميراز المتسلسل اليوم من أكثر التقنيات استخدامًا في علم الأحياء، إذ يُمكنه تضخيم نسخة واحدة من الحمض النووي إلى مليارات النسخ في غضون ساعات قليلة.

تتكرر عملية التفاعل بثلاث دورات حرارية. في مرحلة التمسخ، يُسخن الحمض النووي إلى حوالي 95 درجة مئوية، مما يؤدي إلى فصل اللولب المزدوج إلى خيوط مفردة. في مرحلة التلدين، يُبرد إلى حوالي 50 إلى 65 درجة مئوية، مما يسمح للبادئات بالارتباط بالتسلسل المستهدف. في مرحلة الاستطالة، تُرفع درجة حرارته إلى حوالي 72 درجة مئوية، حيث يقوم إنزيم بوليميراز الحمض النووي المقاوم للحرارة، وعادةً ما يكون Taq، باستطالة البادئات وتخليق خيوط جديدة. تُضاعف كل دورة كمية الحمض النووي. ثلاثون دورة تُنتج تضخيمًا يصل إلى مليار ضعف.

يُستخدم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لأغراض عديدة. فهو يُشخّص العدوى عن طريق الكشف عن الحمض النووي للمُمْرِض، ويُضخّم الحمض النووي لأغراض التسلسل والاستنساخ، ويكشف عن الطفرات والاضطرابات الوراثية. كما يُستخدم في الطب الشرعي لتحليل الحمض النووي من مسرح الجريمة، وفي الأبحاث لدراسة التعبير الجيني وقياس كمية الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وذلك في نوع مُعدّل يُسمى تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي (RT-PCR). وخلال جائحة كوفيد-19، أصبح اختبار PCR شائع الاستخدام.

هذه التقنية بسيطة وسريعة وحساسة. تتطلب تصميمًا دقيقًا للبادئات، والتحكم في التلوث، وتحسين الظروف. عند نجاحها، تحوّل عينة صغيرة إلى كمية كافية من الحمض النووي لتحليلها. أما عند فشلها، فقد تُضخّم تسلسلًا خاطئًا أو لا تُضخّم شيئًا على الإطلاق.