Vytváření kopií DNA vyžaduje enzymy nazývané DNA polymerázy. Tyto enzymy zachovávají genom během replikace. Před šedesátými léty vědci neměli tepelně stabilní DNA polymerázu, která by se používala k vytváření více kopií DNA. V roce 1966, v šumivých horkých pramenech Yellowstonského národního parku v USA, Thomas D. Brock objevil bakterii zvanou termofil, která dokázala přežít při extrémně vysokých teplotách, a pojmenoval ji Thermus aquaticus. Izolovaná polymeráza z tohoto organismu byla pojmenována Taq polymeráza.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Taq polymeráza, první tepelně stabilní DNA polymeráza pro PCR, byla objevena v roce 1966. PCR transformace amplifikace DNA, což činí proces rychlým a efektivním. To by přineslo revoluci v klonování, testování DNA, ve forenzní medicíně a designu léčiv.
Polymerázová řetězová reakce (PCR)
Polymerázovou řetězovou reakci (PCR) vyvinul chemik Kary Mullis v 80. letech jako prostředek k vytvoření mnoha kopií fragmentů DNA. Vědci si uvědomili, že pro efektivní fungování PCR bude zapotřebí termostabilních (tepelně stabilních) DNA polymeráz.
Taq polymeráza, která je termostabilní, se ukázala jako ideální pro PCR.V PCR je vzorek DNA kombinován s primery, což jsou sekvence nukleové kyseliny, které zahajují syntézu DNA; Taq polymeráza; a nukleotid trifosfáty (dNTP). Tato směs je umístěna do zkumavek uvnitř automatizovaného PCR stroje. Kombinace se zahřeje na 94 stupňů Celsia, což způsobí denaturaci nebo uvolnění DNA a stane se dvěma řetězci jednovláknové DNA (ssDNA). Směs se poté ochladí na 55 stupňů C, v tomto okamžiku se primery spojí s částí DNA, kterou je třeba replikovat. Kombinace se znovu zahřeje, ale na 72 stupňů C, což je ideální teplota pro Taq polymeráza k použití primerů k výrobě nových řetězců DNA a reforma šroubovice. Tento proces, který probíhá během několika minut, se mnohokrát opakuje, aby se vytvořily miliony kopií kousků DNA. Společnost Cetus Corporation vyvinula termocyklický stroj neboli termocykler, který urychlil proces ohřevu a chlazení vzorků.
Nakonec spíše než izolaci Taq polymeráza z Thermus aquaticus buňky, pol Gen z této bakterie byl izolován a klonován za účelem produkce genomu v Escherichiacoli (E. coli) buňky. Zatímco byly objeveny novější termostabilní DNA polymerázy, Taq polymeráza zůstává standardem pro PCR.
Molekulární biologická revoluce
Schopnost použít malý kousek DNA a kopírovat ji milionkrát pomocí PCR změnila molekulární biologii. Testování genetického pozadí a genetických defektů vyžaduje pouze malý vzorek, přesto však přináší obrovské množství zásadních informací, které pomáhají v medicíně a výzkumu předků. PCR byla také použita k detekci HIV v lidských buňkách, čímž se otevřelo pole epidemiologie výhodám rychlé amplifikace DNA. Forenzní vědci pravidelně používají PCR, izolují důkazy DNA z pramenů vlasů nebo malých vzorků krve, a pomáhají tak v boji proti trestné činnosti. Dokonce i fosílie mohou poskytnout fragmenty DNA, které lze mnohokrát replikovat a poskytnout informace o evoluci. Síla tepelně stabilní Taq polymeráza vedla k obrovskému a neocenitelnému pokroku ve vědě.