Hacer copias de ADN requiere enzimas llamadas ADN polimerasas. Estas enzimas preservan un genoma durante la replicación. Antes de la década de 1960, los científicos no tenían una ADN polimerasa termoestable para hacer más copias de ADN. En 1966, en las burbujeantes aguas termales del Parque Nacional Yellowstone en los EE. UU., Thomas D. Brock descubrió una bacteria, llamada termófila, que podía sobrevivir a temperaturas extremadamente altas, y la nombró Thermus aquaticus. La polimerasa aislada de este organismo se denominó Taq polimerasa.
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La polimerasa Taq, la primera ADN polimerasa termoestable para PCR, se descubrió en 1966. Amplificación de ADN transformada por PCR, lo que hace que el proceso sea rápido y eficiente. Esto revolucionaría la clonación, las pruebas de ADN, la medicina forense y el diseño de medicamentos.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) fue desarrollada por el químico Kary Mullis en la década de 1980, como un medio para hacer muchas copias de fragmentos de ADN. Los científicos se dieron cuenta de que se necesitarían ADN polimerasas termoestables (termoestables) para que la PCR funcione de manera eficiente.
En la PCR, una muestra de ADN se combina con cebadores, que son secuencias de ácido nucleico que inician la síntesis de ADN; Taq polimerasa; y trifosfatos de nucleótidos (dNTP). Esta mezcla se coloca en tubos dentro de una máquina de PCR automatizada. La combinación se calienta a 94 grados Celsius, lo que hace que el ADN se desnaturalice o se desenrolle, y se convierta en dos hebras de ADN monocatenario (ssDNA). Luego, la mezcla se enfría a 55 grados C, momento en el cual los cebadores se hibridan con la parte del ADN que necesita ser replicada. La combinación se calienta nuevamente, pero a 72 grados C, que es la temperatura ideal para Taq polimerasa para usar los cebadores para hacer nuevas hebras de ADN, y la hélice se reforma. Este proceso, que tiene lugar en minutos, se repite muchas veces para crear millones de copias de piezas de ADN. Cetus Corporation desarrolló una máquina termocicladora, o termociclador, que aceleró el proceso de calentamiento y enfriamiento de las muestras.
Eventualmente, en lugar de aislar Taq polimerasa de Thermus aquaticus células, el pol gen de esa bacteria fue aislado y clonado para producir su genoma en Escherichiacoli (E. coli) células. Si bien se han descubierto ADN polimerasas termoestables más nuevas, Taq la polimerasa sigue siendo el estándar para la PCR.
Una revolución de la biología molecular
La capacidad de utilizar un fragmento diminuto de ADN y copiarlo millones de veces mediante PCR ha transformado la biología molecular. Las pruebas de antecedentes genéticos y defectos genéticos requieren solo una pequeña muestra, sin embargo, producen grandes cantidades de información crucial que ayuda a la investigación de la medicina y la ascendencia. La PCR también se utilizó para detectar el VIH en células humanas, lo que abrió el campo de la epidemiología a los beneficios de la amplificación rápida del ADN. Los científicos forenses utilizan regularmente la PCR, aislando la evidencia de ADN de mechones de cabello o pequeñas muestras de sangre y, por lo tanto, ayudan en la lucha contra el crimen. Incluso los fósiles pueden producir fragmentos de ADN que pueden replicarse muchas veces, proporcionando información sobre la evolución. El poder de termoestable Taq la polimerasa ha dado lugar a un vasto e invaluable avance en la ciencia.