Die Rolle der Taq-Polymerase in der PCR

Die Herstellung von DNA-Kopien erfordert Enzyme, die als DNA-Polymerasen bezeichnet werden. Diese Enzyme bewahren ein Genom während der Replikation. Vor den 1960er Jahren hatten Wissenschaftler keine hitzestabile DNA-Polymerase, um mehr DNA-Kopien herzustellen. 1966, in den sprudelnden heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks in den USA, entdeckte Thomas D. Brock entdeckte ein Bakterium, genannt thermophil, das bei extrem hohen Temperaturen überleben konnte, und nannte es Thermus aquaticus. Die isolierte Polymerase aus diesem Organismus wurde benannt Taq Polymerase.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die Taq-Polymerase, die erste hitzestabile DNA-Polymerase für die PCR, wurde 1966 entdeckt. PCR transformierte DNA-Amplifikation, was den Prozess schnell und effizient macht. Dies würde Klonen, DNA-Tests, Forensik und Medizindesign revolutionieren.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde in den 1980er Jahren vom Chemiker Kary Mullis entwickelt, um viele Kopien von DNA-Fragmenten herzustellen. Die Wissenschaftler erkannten, dass thermostabile (hitzestabile) DNA-Polymerasen benötigt werden, damit die PCR effizient funktioniert.

Bei der PCR wird eine DNA-Probe mit Primern kombiniert, bei denen es sich um Nukleinsäuresequenzen handelt, die die DNA-Synthese starten; Taq Polymerase; und Nukleotidtriphosphate (dNTPs). Diese Mischung wird in Röhrchen in eine automatisierte PCR-Maschine gegeben. Die Kombination wird auf 94 Grad Celsius erhitzt, wodurch die DNA denaturiert oder entspult wird und zu zwei einzelsträngigen DNA-Strängen (ssDNA) wird. Die Mischung wird dann auf 55 °C abgekühlt, woraufhin sich die Primer an den Teil der DNA anlagern, der repliziert werden muss. Die Kombination wird erneut erhitzt, jedoch auf 72 Grad C, die ideale Temperatur für Taq Polymerase, um die Primer zu verwenden, um neue DNA-Stränge herzustellen, und die Helix bildet sich neu. Dieser Vorgang, der in Minuten abläuft, wird viele Male wiederholt, um Millionen von Kopien von DNA-Stücken zu erstellen. Die Cetus Corporation entwickelte eine Thermocycling-Maschine oder einen Thermocycler, der den Prozess des Erhitzens und Kühlens der Proben beschleunigte.

Irgendwann, anstatt zu isolieren Taq Polymerase aus Thermus aquaticus Zellen, die pol Gen aus diesem Bakterium wurde isoliert und kloniert, um sein Genom in. zu produzieren Escherichiacoli (E. coli) Zellen. Während neuere thermostabile DNA-Polymerasen entdeckt wurden, Taq Polymerase bleibt der Standard für die PCR.

Die Möglichkeit, ein winziges DNA-Stück zu verwenden und es mittels PCR millionenfach zu kopieren, hat die Molekularbiologie verändert. Der Test auf genetische Hintergründe und genetische Defekte erfordert nur eine kleine Stichprobe, liefert jedoch riesige Mengen an entscheidenden Informationen, die der Medizin und der Ahnenforschung helfen. PCR wurde auch verwendet, um HIV in menschlichen Zellen nachzuweisen, was das Gebiet der Epidemiologie für die Vorteile einer schnellen DNA-Amplifikation öffnete. Forensiker verwenden regelmäßig die PCR, um DNA-Beweise aus Haarsträhnen oder kleinen Blutproben zu isolieren und so bei der Verbrechensbekämpfung zu helfen. Sogar Fossilien können DNA-Fragmente liefern, die viele Male repliziert werden können und Informationen über die Evolution liefern. Die Kraft des hitzestabilen Taq Polymerase hat zu einem enormen und unbezahlbaren Fortschritt in der Wissenschaft geführt.