DNA koopiate tegemiseks on vaja ensüüme, mida nimetatakse DNA polümeraasideks. Need ensüümid säilitavad paljunemise ajal genoomi. Enne 1960. aastaid polnud teadlastel kuumusstabiilset DNA polümeraasi, mida oleks võimalik DNA-st rohkem koopiate tegemiseks kasutada. 1966. aastal USAs Yellowstone'i rahvuspargi kihisevates kuumaveeallikates Thomas D. Brock avastas bakteri, mida nimetatakse termofiiliks ja mis suudab ellu jääda väga kõrgel temperatuuril, ja nimetas selle Thermus aquaticus. Selle organismi isoleeritud polümeraas nimetati Taq polümeraas.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Taq-polümeraas, esimene PCR-i jaoks kuumuskindel DNA polümeraas, avastati 1966. aastal. PCR abil transformeeriti DNA amplifikatsioon, muutes protsessi kiireks ja tõhusaks. See muudaks põhjalikult kloonimist, DNA testimist, kohtuekspertiisi ja ravimite kujundamist.
Polümeraasi ahelreaktsioon (PCR)
Polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) töötas välja keemik Kary Mullis 1980. aastatel vahendina DNA fragmentide paljude koopiate tegemiseks. Teadlased mõistsid, et PCR-i tõhusaks toimimiseks on vaja termostabiilseid (kuumusstabiilseid) DNA polümeraase.
PCR-is kombineeritakse DNA proov praimeritega, mis on DNA sünteesi alustavad nukleiinhappejärjestused; Taq polümeraas; ja nukleotiidtrifosfaadid (dNTP). See segu asetatakse torudesse automatiseeritud PCR-masina sees. Kombinatsioon kuumutatakse temperatuurini 94 kraadi Celsiuse järgi, mis põhjustab DNA denatureerimise või poolitamise ning muutub kaheks üheahelaliseks DNA (ssDNA) ahelaks. Seejärel jahutatakse segu temperatuurini 55 ° C, misjärel praimerid lõõmutavad DNA selle osa, mida tuleb korrata. Kombinatsiooni kuumutatakse uuesti, kuid 72 kraadini, mis on ideaalne temperatuur Taq polümeraas, et kasutada praimereid uute DNA-ahelate valmistamiseks, ja heeliks reformib. Seda minutitega toimuvat protsessi korratakse mitu korda, et luua miljoneid koopiaid DNA tükkidest. Cetus Corporation töötas välja termotsükliga masina ehk termotsükleri, mis kiirendas proovide kuumutamist ja jahutamist.
Lõpuks selle asemel, et isoleerida Taq polümeraas pärit Thermus aquaticus rakud pol selle bakteri geen eraldati ja klooniti, et toota selle genoom Escherichiacoli (E. coli) rakke. Kuigi on avastatud uuemaid termostabiilseid DNA polümeraase, Taq polümeraas jääb PCR-i standardiks.
Molekulaarbioloogia revolutsioon
Võime kasutada väikest tükki DNA-d ja kopeerida seda miljoneid kordi PCR-i abil on muutnud molekulaarbioloogiat. Geneetilise tausta ja geneetiliste defektide testimiseks on vaja ainult väikest proovi, kuid see annab tohutul hulgal olulist teavet, mis aitab meditsiinil ja esivanematel uurida. PCR-i kasutati ka HIV tuvastamiseks inimrakkudes, avades epidemioloogia valdkonna DNA kiireks amplifikatsiooniks. Kriminalistid kasutavad regulaarselt PCR-i, eraldades DNA-tõendeid juuksekarvadest või väikestest vereproovidest ja aidates seeläbi kuritegevusega võidelda. Isegi fossiilid võivad anda DNA fragmente, mida saab paljuneda, andes teavet evolutsiooni kohta. Kuumusstabiilne jõud Taq polümeraas on viinud teaduse tohutu ja hindamatu arenguga.