At lave kopier af DNA kræver enzymer kaldet DNA-polymeraser. Disse enzymer bevarer et genom under replikation. Før 1960'erne havde forskere ikke en varmestabil DNA-polymerase, der kunne bruges til at fremstille flere kopier af DNA. I 1966, i de brændende varme kilder i Yellowstone National Park i USA, Thomas D. Brock opdagede en bakterie, kaldet en termofil, der kunne overleve ved ekstremt høje temperaturer og navngav den Thermus aquaticus. Den isolerede polymerase fra denne organisme blev navngivet Taq polymerase.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Taq-polymerase, den første varmestabile DNA-polymerase til PCR, blev opdaget i 1966. PCR-transformeret DNA-amplifikation, hvilket gør processen hurtig og effektiv. Dette ville revolutionere kloning, DNA-test, retsmedicin og medicindesign.
Polymerasekædereaktion (PCR)
Polymerasekædereaktionen (PCR) blev udviklet af kemiker Kary Mullis i 1980'erne som et middel til at lave mange kopier af DNA-fragmenter. Forskere indså, at termostabile (varmestabile) DNA-polymeraser ville være nødvendige for at PCR kunne fungere effektivt.
I PCR kombineres en DNA-prøve med primere, som er nukleinsyresekvenser, der starter DNA-syntese; Taq polymerase; og nukleotidtriphosphater (dNTP'er). Denne blanding placeres i rør inde i en automatiseret PCR-maskine. Kombinationen opvarmes til 94 grader Celsius, hvilket får DNA'et til at denaturere eller spole og bliver til to enkeltstrengede DNA (ssDNA) tråde. Blandingen afkøles derefter til 55 grader C, på hvilket tidspunkt primerne annealer til den del af DNA'et, der skal replikeres. Kombinationen opvarmes igen, men til 72 grader C, hvilket er den ideelle temperatur til Taq polymerase for at bruge primerne til at fremstille nye DNA-tråde og helix-reformerne. Denne proces, der finder sted på få minutter, gentages mange gange for at skabe millioner af kopier af DNA-stykker. Cetus Corporation udviklede en termocyklismaskine eller termocykler, der fremskyndede processen med opvarmning og afkøling af prøverne.
Til sidst snarere end at isolere Taq polymerase fra Thermus aquaticus celler, pol genet fra disse bakterier blev isoleret og klonet for at producere dets genom i Escherichiacoli (E. coli) celler. Mens nyere termostabile DNA-polymeraser er blevet opdaget, Taq polymerase er fortsat standarden for PCR.
En molekylærbiologisk revolution
Evnen til at bruge et lille stykke DNA og kopiere det millioner af gange via PCR har transformeret molekylærbiologi. Test af genetiske baggrunde og genetiske defekter kræver kun en lille prøve, men alligevel giver det store mængder vigtig information, der hjælper forskning inden for medicin og herkomst. PCR blev også brugt til at påvise HIV i humane celler, hvilket åbnede området for epidemiologi til fordelene ved hurtig DNA-amplifikation. Retsmedicinske forskere bruger regelmæssigt PCR, isolerer DNA-bevis fra hårstrå eller små blodprøver og hjælper dermed med at bekæmpe kriminalitet. Selv fossiler kan give fragmenter af DNA, der kan replikeres mange gange, hvilket giver information om evolution. Kraften ved varmestabil Taq polymerase har ført til et stort og uvurderligt fremskridt inden for videnskab.