Ролята на Taq полимераза в PCR

Правенето на копия на ДНК изисква ензими, наречени ДНК полимерази. Тези ензими запазват генома по време на репликация. Преди 60-те години на миналия век учените не са разполагали с термостабилна ДНК полимераза, която да се използва за създаване на повече копия на ДНК. През 1966 г. в горещите извори на Националния парк Йелоустоун в САЩ Томас Д. Брок откри бактерия, наречена термофил, която може да оцелее при изключително високи температури, и я кръсти Thermus aquaticus. Името на изолираната полимераза от този организъм Taq полимераза.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Taq полимераза, първата термостабилна ДНК полимераза за PCR, е открита през 1966 г. PCR трансформира ДНК амплификация, правейки процеса бърз и ефективен. Това би революционизирало клонирането, ДНК тестовете, криминалистиката и дизайна на медицината.

Полимеразната верижна реакция (PCR) е разработена от химика Kary Mullis през 80-те години на миналия век, като средство за правене на много копия на ДНК фрагменти. Учените осъзнаха, че термостабилните (термостабилни) ДНК полимерази ще са необходими, за да може PCR да работи ефективно.

При PCR, ДНК проба се комбинира с праймери, които са последователности на нуклеинови киселини, които започват синтеза на ДНК; Taq полимераза; и нуклеотидни трифосфати (dNTPs). Тази смес се поставя в епруветки в автоматизирана PCR машина. Комбинацията се нагрява до 94 градуса по Целзий, което кара ДНК да денатурира или да се отдели и става две едноверижни ДНК (ssDNA) вериги. След това сместа се охлажда до 55 градуса С, след което праймерите се отгряват към частта от ДНК, която трябва да бъде реплицирана. Комбинацията се загрява отново, но до 72 градуса С, което е идеалната температура за Taq полимераза, за да се използват праймерите за създаване на нови вериги на ДНК и реформи на спиралата. Този процес, който протича за минути, се повтаря много пъти, за да се създадат милиони копия на парчета ДНК. Корпорацията Cetus разработи машина за термоциклиране или термоциклер, която ускори процеса на нагряване и охлаждане на пробите.

В крайна сметка, вместо да изолира Taq полимераза от Thermus aquaticus клетки, пол ген от тази бактерия е изолиран и клониран, за да произведе нейния геном в Ешерихияcoli (E. коли) клетки. Докато са открити по-нови термостабилни ДНК полимерази, Taq полимеразата остава стандарт за PCR.

Способността да се използва малко парче ДНК и да се копира милиони пъти чрез PCR трансформира молекулярната биология. Тестването за генетичен произход и генетични дефекти изисква само малка проба, но все пак дава огромно количество важна информация, която помага на медицината и изследванията на предците. PCR също се използва за откриване на ХИВ в човешки клетки, отваряйки областта на епидемиологията към ползите от бързото усилване на ДНК. Криминалистите редовно използват PCR, изолирайки доказателства за ДНК от кичури коса или малки проби кръв и по този начин помагат в борбата с престъпността. Дори вкаменелостите могат да дадат фрагменти от ДНК, които могат да бъдат репликирани многократно, предоставяйки информация за еволюцията. Силата на топлоустойчивост Taq полимеразата е довела до огромен и безценен напредък в науката.