DNA-kopioiden tekeminen vaatii entsyymejä, joita kutsutaan DNA-polymeraaseiksi. Nämä entsyymit säilyttävät genomin replikaation aikana. Ennen 1960-lukua tiedemiehillä ei ollut lämpöstabiilia DNA-polymeraasia, jota voitaisiin käyttää DNA-kopioiden lisäämiseksi. Vuonna 1966 Yhdysvaltain Yellowstonen kansallispuiston kuohuviinilähteisiin Thomas D. Brock löysi bakteerin, jota kutsutaan termofiiliksi, joka voi selviytyä erittäin korkeissa lämpötiloissa, ja nimitti sen Thermus aquaticus. Tästä organismista eristetty polymeraasi nimettiin Taq polymeraasi.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Taq-polymeraasi, ensimmäinen lämpöstabiili DNA-polymeraasi PCR: lle, löydettiin vuonna 1966. PCR-muunnettu DNA-monistus, mikä tekee prosessista nopean ja tehokkaan. Tämä mullistaisi kloonauksen, DNA-testauksen, rikosteknisen tutkimuksen ja lääkesuunnittelun.
Polymeraasiketjureaktio (PCR)
Kemia Kary Mullis kehitti polymeraasiketjureaktion (PCR) 1980-luvulla keinona tehdä useita kopioita DNA-fragmenteista. Tutkijat huomasivat, että PCR: n tehokkaan toiminnan kannalta tarvitaan lämpöstabiilia (lämpöstabiileja) DNA-polymeraaseja.
PCR: ssä DNA-näyte yhdistetään alukkeiden kanssa, jotka ovat nukleiinihapposekvenssejä, jotka aloittavat DNA-synteesin; Taq polymeraasi; ja nukleotiditrifosfaatit (dNTP: t). Tämä seos sijoitetaan putkiin automaattisen PCR-koneen sisään. Yhdistelmä kuumennetaan 94 celsiusasteeseen, mikä saa DNA: n denaturoitumaan tai purkautumaan puolasta ja siitä tulee kaksi yksisäikeistä DNA: n (ssDNA) säiettä. Sitten seos jäähdytetään 55 ° C: seen, jolloin alukkeet hehkuvat siihen DNA: n osaan, joka on replikoitava. Yhdistelmä kuumennetaan jälleen, mutta 72 asteeseen, mikä on ihanteellinen lämpötila Taq polymeraasi käyttää alukkeita uusien DNA-säikeiden valmistamiseen, ja kierukka uudistuu. Tämä muutamassa minuutissa tapahtuva prosessi toistetaan useita kertoja miljoonien kopioiden luomiseksi DNA-kappaleista. Cetus Corporation kehitti lämpöpyöräkoneen tai termosyklin, joka vauhditti näytteiden lämmitys- ja jäähdytysprosessia.
Lopulta pikemminkin kuin eristää Taq polymeraasi Thermus aquaticus solut, pol kyseisen bakteerin geeni eristettiin ja kloonattiin sen genomin tuottamiseksi Escherichiacoli (E. coli) soluja. Vaikka on löydetty uudempia termostabiilia DNA-polymeraaseja, Taq polymeraasi pysyy PCR: n standardina.
Molekyylibiologian vallankumous
Kyky käyttää pientä DNA-palaa ja kopioida se miljoonia kertoja PCR: n kautta on muuttanut molekyylibiologiaa. Geneettisen taustan ja geneettisten vikojen testaaminen vaatii vain pienen näytteen, mutta se tuottaa valtavia määriä tärkeitä tietoja, jotka auttavat lääketieteen ja esi-isien tutkimuksessa. PCR: ää käytettiin myös HIV: n havaitsemiseen ihmissoluista, mikä avasi epidemiologian alan nopeaan DNA-monistukseen. Rikostekniset tutkijat käyttävät säännöllisesti PCR: ää eristämällä DNA-todisteita hiusnauhoista tai pienistä verinäytteistä ja auttamalla siten rikollisuuden torjunnassa. Jopa fossiilit voivat tuottaa DNA-fragmentteja, jotka voidaan replikoida monta kertaa, mikä antaa tietoa evoluutiosta. Lämmönkestävän voima Taq polymeraasi on johtanut laajaan ja korvaamattomaan tieteen kehitykseen.