دور طق بوليميراز في تفاعل البوليميراز المتسلسل

يتطلب عمل نسخ من الحمض النووي إنزيمات تسمى بوليميرات الحمض النووي. تحافظ هذه الإنزيمات على الجينوم أثناء التكاثر. قبل الستينيات من القرن الماضي ، لم يكن لدى العلماء بوليميراز الحمض النووي المستقر للحرارة لاستخدامه في صنع المزيد من نسخ الحمض النووي. في عام 1966 ، في الينابيع الساخنة الفوارة لمتنزه يلوستون الوطني في الولايات المتحدة ، توماس د. اكتشف بروك بكتيريا تسمى المحبة الحرارية ، يمكنها البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة عالية للغاية ، وأطلق عليها اسم ثيرموس أكواتيكوس. تم تسمية البوليميراز المعزول من هذا الكائن الحي طق بوليميراز.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

تم اكتشاف Taq polymerase ، وهو أول بوليميريز DNA مستقر للحرارة لـ PCR ، في عام 1966. قام PCR بتحويل تضخيم الحمض النووي ، مما يجعل العملية سريعة وفعالة. هذا من شأنه أن يحدث ثورة في الاستنساخ واختبار الحمض النووي والطب الشرعي وتصميم الأدوية.

تم تطوير تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) بواسطة الكيميائي كاري موليس في الثمانينيات ، كوسيلة لعمل نسخ عديدة من أجزاء الحمض النووي. أدرك العلماء أن بوليميرات الحمض النووي المقاومة للحرارة (المستقرة للحرارة) ستكون ضرورية لكي يعمل تفاعل البوليميراز المتسلسل بكفاءة.

في تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، يتم دمج عينة من الحمض النووي مع مواد أولية ، وهي عبارة عن سلاسل من الحمض النووي تبدأ في تكوين الحمض النووي ؛ طق بوليميراز. و nucleotide triphosphates (dNTPs). يتم وضع هذا الخليط في أنابيب داخل آلة آلية PCR. يتم تسخين المزيج إلى 94 درجة مئوية ، مما يتسبب في تفسد الحمض النووي أو فكه ، ويصبح خيطين من الحمض النووي أحادي الجديلة (ssDNA). ثم يتم تبريد الخليط إلى 55 درجة مئوية ، وعند هذه النقطة تصلب المواد الأولية إلى جزء الحمض النووي الذي يحتاج إلى تكرار. يتم تسخين الخليط مرة أخرى ، ولكن إلى 72 درجة مئوية ، وهي درجة الحرارة المثالية لـ طق البوليميراز لاستخدام البادئات لصنع خيوط DNA جديدة وإصلاحات الحلزون. هذه العملية ، التي تحدث في دقائق ، تتكرر عدة مرات لإنشاء ملايين النسخ من قطع الحمض النووي. طورت شركة Cetus آلة تدوير حراري ، أو جهاز تدوير حراري ، والذي يسرع عملية تسخين وتبريد العينات.

في النهاية ، بدلًا من الانعزال طق البوليميراز من ثيرموس أكواتيكوس خلايا بول تم عزل الجين من تلك البكتيريا واستنساخه لإنتاج جينومها فيه الإشريكيةالقولونية (E. القولونية) الخلايا. بينما تم اكتشاف بوليميرات الحمض النووي الأحدث المقاومة للحرارة ، طق يبقى البوليميراز هو المعيار لـ PCR.

أدت القدرة على استخدام قطعة صغيرة من الحمض النووي ونسخها ملايين المرات عبر تفاعل البوليميراز المتسلسل إلى تحويل البيولوجيا الجزيئية. يتطلب اختبار الخلفيات الجينية والعيوب الجينية عينة صغيرة فقط ، ومع ذلك فإنه ينتج كميات هائلة من المعلومات الهامة التي تساعد في أبحاث الطب والنسل. تم استخدام PCR أيضًا للكشف عن فيروس نقص المناعة البشرية في الخلايا البشرية ، مما فتح مجال علم الأوبئة لفوائد تضخيم الحمض النووي السريع. يستخدم علماء الطب الشرعي تفاعل البوليميراز المتسلسل بانتظام ، ويعزلون أدلة الحمض النووي من خيوط الشعر أو عينات صغيرة من الدم ، وبالتالي يساعدون في مكافحة الجريمة. حتى الأحافير يمكن أن تنتج شظايا من الحمض النووي يمكن تكرارها عدة مرات ، مما يوفر معلومات حول التطور. قوة الحرارة المستقرة طق أدى البوليميراز إلى تقدم كبير لا يقدر بثمن في العلوم.