Η δημιουργία αντιγράφων του DNA απαιτεί ένζυμα που ονομάζονται DNA πολυμεράσες. Αυτά τα ένζυμα διατηρούν ένα γονιδίωμα κατά την αντιγραφή. Πριν από τη δεκαετία του 1960, οι επιστήμονες δεν είχαν θερμοσταθερή πολυμεράση DNA για χρήση για την παραγωγή περισσότερων αντιγράφων DNA. Το 1966, στις θερμές πηγές του Εθνικού Πάρκου Yellowstone στις ΗΠΑ, Thomas D. Ο Brock ανακάλυψε ένα βακτήριο, που ονομάζεται θερμόφιλο, που θα μπορούσε να επιβιώσει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και το ονόμασε Thermus aquaticus. Η απομονωμένη πολυμεράση από αυτόν τον οργανισμό ονομάστηκε Τακ πολυμεράση.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η πολυμεράση Taq, η πρώτη θερμοσταθερή πολυμεράση DNA για PCR, ανακαλύφθηκε το 1966. Η PCR μετέτρεψε την ενίσχυση του DNA, καθιστώντας τη διαδικασία γρήγορη και αποτελεσματική. Αυτό θα φέρει επανάσταση στην κλωνοποίηση, στη δοκιμή DNA, στην εγκληματολογία και στο σχεδιασμό φαρμάκων.
Αντίδραση αλυσίδας πολυμεράσης (PCR)
Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) αναπτύχθηκε από τον χημικό Kary Mullis στη δεκαετία του 1980, ως μέσο για την παραγωγή πολλών αντιγράφων θραυσμάτων DNA. Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι οι θερμοσταθερές (σταθερές στη θερμότητα) πολυμεράσες DNA θα χρειαζόταν για να λειτουργήσει αποτελεσματικά η PCR.
Στην PCR, ένα δείγμα DNA συνδυάζεται με εκκινητές, οι οποίοι είναι αλληλουχίες νουκλεϊκών οξέων που ξεκινούν τη σύνθεση DNA. Τακ πολυμεράση; και τριφωσφορικά νουκλεοτίδια (dNTPs). Αυτό το μείγμα τοποθετείται σε σωλήνες μέσα σε μια αυτόματη μηχανή PCR. Ο συνδυασμός θερμαίνεται στους 94 βαθμούς Κελσίου, ο οποίος προκαλεί το DNA να μετουσιωθεί ή να αποσυμπιεστεί, και γίνεται δύο κλώνους μονόκλωνου DNA (ssDNA). Το μείγμα στη συνέχεια ψύχεται στους 55 βαθμούς C, οπότε οι εναρκτήρες ανόπτονται στο τμήμα του DNA που πρέπει να αναπαραχθεί. Ο συνδυασμός θερμαίνεται ξανά, αλλά στους 72 βαθμούς C, που είναι η ιδανική θερμοκρασία για Τακ πολυμεράση για χρήση των εκκινητών για τη δημιουργία νέων κλώνων DNA, και η έλικα μεταρρυθμίζεται. Αυτή η διαδικασία, η οποία λαμβάνει χώρα σε λίγα λεπτά, επαναλαμβάνεται πολλές φορές για τη δημιουργία εκατομμυρίων αντιγράφων κομματιών DNA. Η Cetus Corporation ανέπτυξε μια μηχανή θερμοκυκλοφορίας ή έναν θερμοκυκλικό, ο οποίος επιτάχυνε τη διαδικασία θέρμανσης και ψύξης των δειγμάτων.
Τελικά, αντί να απομονωθεί Τακ πολυμεράση από Thermus aquaticus κύτταρα, το pol γονίδιο από αυτό το βακτήριο απομονώθηκε και κλωνοποιήθηκε για να παράγει το γονιδίωμά του Εσχεριχιάcoli (Ε. coli) κύτταρα. Ενώ έχουν ανακαλυφθεί νεότερες θερμοσταθερές πολυμεράσες DNA, Τακ Η πολυμεράση παραμένει το πρότυπο για PCR.
Μια Επανάσταση Μοριακής Βιολογίας
Η ικανότητα χρήσης ενός μικροσκοπικού κομματιού DNA και αντιγραφής εκατομμυρίων φορές μέσω PCR έχει μεταμορφώσει τη μοριακή βιολογία. Ο έλεγχος για γενετικό υπόβαθρο και γενετικά ελαττώματα απαιτεί μόνο ένα μικρό δείγμα, αλλά παράγει τεράστιες ποσότητες κρίσιμων πληροφοριών που βοηθούν την έρευνα για την ιατρική και την καταγωγή. Η PCR χρησιμοποιήθηκε επίσης για την ανίχνευση του HIV στα ανθρώπινα κύτταρα, ανοίγοντας το πεδίο της επιδημιολογίας στα οφέλη της ταχείας ενίσχυσης του DNA. Οι εγκληματολόγοι επιστήμονες χρησιμοποιούν τακτικά PCR, απομονώνοντας στοιχεία DNA από σκέλη μαλλιών ή μικρά δείγματα αίματος, βοηθώντας έτσι στην καταπολέμηση του εγκλήματος. Ακόμα και τα απολιθώματα μπορούν να παράγουν θραύσματα DNA που μπορούν να αναπαραχθούν πολλές φορές, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με την εξέλιξη. Η δύναμη του θερμοσταθερού Τακ Η πολυμεράση έχει οδηγήσει σε μια τεράστια και ανεκτίμητη πρόοδο στην επιστήμη.
