「PCR法とCt値」に関する大学入試問題（2021年慶応大学看護医療学部「生物」第1問（4））と解答・解説
asakura
第1問、問４解答
（1）ｂ (2)
（3）（c) (4)cDNAと異なりゲノムDNAにはイントロンが含まれていることがある。
解説
（1）Ct値（Threshold Cycle）とは、PCRでのDNA増幅曲線において、DNA量を示すシグナル（蛍光）がある一定の値（しきい値、threshold）に交差した時のサイクル数。
まずは、新型コロナウイルスなどRNAウイルスの感染の有無を検出するRTーPCR法について確認しておこう。PCR法と言われるが、RNAウイルス検出の際は正確には
RTーPCR法（recerse transcription-polymerase chain reaction、逆転写反応ーポリメラーゼ連鎖反応）である。
下の図では、RNAを赤、DNAを黒、DNAプライマーを青で表現した。
まず、逆転写酵素でRNAの反対側に相補的なDNAを合成させる（その場合にも青で表現した通り、そのDNA伸長反応の起点にDNAプライマーが必要である）。一次的にRNAとDNAの混合鎖（ハイブリッド鎖）ができるが、それをDNAの二本鎖に置き換えさせる。
これ以降が、DNAから行う場合でも共通のPCR反応（polymerase chain reaction）である。PCR法では、
ア、まず95°CでDNAの二本鎖をほどく
イ、次に60℃にすると、あらかじめ検査試料に入れていたDNAプライマー（目的の遺伝子の塩基配列にピタリと結合する相補的な塩基配列を持った20塩基程度の短いDNA一本鎖）が結合する。（DNAプライマーは上側の鎖に結合する物と、下側の鎖に結合するものの２種類が必要である。）
ウ、次に72℃にすると、あらかじめ入れておいた好熱性細菌のDNAポリメラーゼにより、それぞれの鎖の相補鎖が合成され二本鎖DNAが2本できる。
ア→イ→ウの1サイクルは3分程度で、これでDNAが2倍になる。これを繰り返すことで、１→２倍→４倍→８倍→16倍・・・とDNA（もともとはウイルスRNAだったものを逆転写でDNAに置き換えたもの）が増幅し、数～数10サイクル目で、検出できる「しきい値」に届く。
最初の理解のために２10＝1024（約1000）をしきい値とし、最初のDNA量が１、２、４、８・・・・である簡単なモデルでCt値を考えてみよう。PCRは１サイクルごとにDNAが2倍に増幅するので、
最初のDNA量が１だった場合、１→（１サイクル目）→２→（２サイクル目）→４→８→16→32→64→128→256→512→（10サイクル目）→1024と増幅していく。
Ｃt値をあげていけば、活性のない微量の断片でも検出できるので、ある値のＣｔ値を陽性の基準としており、新型コロナウイルスのＰＣＲ検査ではＣt値40以下とされている。
選択肢の中で、DNA量100を基準で考えて、100→400（4倍）→800（8倍）→1600（16倍）の増加で、Ct値が２減少（4倍）、３減少（8倍）、４減少（16倍）となっているのはｂのみであるので、ｂが正解。
なお新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）の場合は、RNAウイルスなので、患者（被検者）の検体にはRNAが入っている。まずはそれを逆転写でDNAに置き換えてからPCRで増幅する。だから最初のDNA量とは、逆転写前の検体段階ではRNA量のことである。
（2）PCRで増幅するのと同じ範囲の逆転写をしたほうがよいので、
か。DNA鎖どうしでもRNA鎖どうしでもあるいは、逆転写の際一時的にできるDNAとRNAの対面する鎖でも、必ず対面する鎖の５´→３´方向は逆（逆平行antiparallel)なので、 
。
（3）
（a)×検体には目的のウイルスの他、他のウイルス、細菌のRNAやDNA、ヒト細胞自身のDNA、RNAもあるので、それを増幅しないような配列を選ばなければならない。
（b）×変異が起こりやすい場所のプライマーを作ると、変異がおきた時プライマーが結合できず増幅できない。
（c)〇検体には目的のウイルスの他、他のウイルス、細菌のRNAやDNA、ヒト細胞自身のDNA、RNAもあるので、それを増幅しないような配列を選ばなければならない。
（d)×ｍRNAへのポリＡテール付与は、真核生物の細胞において起こる現象で、ウイルスのプライマー設計には関係ない。
（e)×これは遺伝子組み換え技術でのプラスミドでの操作である。
（f)×プロモーターは原核生物の遺伝子発現の時に必要なもので、ＰＣＲ法でのＤＮＡ増幅には無関係。
（4）ｍＲＮＡができる時、もとのＤＮＡから比べると、イントロンの部分が切り出されて短くなっている。
看護学部はもう1題、新型コロナウイルス感染症に関する問題を出題しています。こちらもご参考にください。
2021年慶応大学看護医療学部「生物」入試第２問（新型コロナウイルス）問題・解答・解説
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