Za izradu kopija DNA potrebni su enzimi zvani DNA polimeraze. Ti enzimi čuvaju genom tijekom replikacije. Prije 1960-ih, znanstvenici nisu imali toplinski stabilnu DNA polimerazu za izradu više kopija DNA. 1966. godine, u gasećim vrućim izvorima nacionalnog parka Yellowstone u SAD-u, Thomas D. Brock je otkrio bakteriju, nazvanu termofil, koja bi mogla preživjeti na ekstremno visokim temperaturama, i nazvao je nju Thermus aquaticus. Imenovana je izolirana polimeraza iz ovog organizma Taq polimeraza.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Taq polimeraza, prva toplinski stabilna DNA polimeraza za PCR, otkrivena je 1966. PCR je transformirao DNK pojačanje, čineći postupak brzim i učinkovitim. To bi revolucioniralo kloniranje, DNK testiranje, forenziku i dizajn medicine.
Lančana reakcija polimeraze (PCR)
Lančanu reakciju polimeraze (PCR) razvio je kemičar Kary Mullis 1980-ih, kao sredstvo za izradu mnogih kopija fragmenata DNA. Znanstvenici su shvatili da će termostabilne (toplinski stabilne) DNA polimeraze biti potrebne za učinkovit rad PCR-a.
U PCR-u, uzorak DNA kombinira se s početnicama, koje su sekvence nukleinskih kiselina koje započinju sintezu DNA; Taq polimeraza; i nukleotidni trifosfati (dNTP). Ova se smjesa stavlja u epruvete unutar automatiziranog PCR stroja. Kombinacija se zagrijava na 94 Celzijeva stupnja, što uzrokuje denaturiranje ili odvajanje DNA i postaje dva jednolančana lanca DNA (ssDNA). Smjesa se zatim ohladi na 55 stupnjeva C, nakon čega se početni slojevi žare na dio DNA koji treba replicirati. Kombinacija se ponovno zagrijava, ali na 72 stupnja C, što je idealna temperatura za Taq polimeraza za korištenje početnica za stvaranje novih DNA lanaca i zavojne reforme. Taj se postupak, koji se odvija u nekoliko minuta, ponavlja više puta kako bi se stvorile milijune kopija dijelova DNK. Korporacija Cetus razvila je termociklistički stroj, odnosno termocikler, koji je ubrzao postupak zagrijavanja i hlađenja uzoraka.
Na kraju, umjesto izoliranja Taq polimeraza iz Thermus aquaticus stanice, pol gen te bakterije izoliran je i kloniran da bi proizveo svoj genom u Escherichiacoli (E. coli) Stanice. Iako su otkrivene novije termostabilne DNA polimeraze, Taq polimeraza ostaje standard za PCR.
Revolucija molekularne biologije
Sposobnost upotrebe malog dijela DNA i kopiranja milijunima puta putem PCR-a transformirala je molekularnu biologiju. Testiranje genetskog porijekla i genetskih nedostataka zahtijeva samo mali uzorak, ali ipak daje ogromne količine ključnih informacija koje pomažu u istraživanju medicine i predaka. PCR je također korišten za otkrivanje HIV-a u ljudskim stanicama, otvarajući polje epidemiologije blagodatima brze umnožavanja DNA. Forenzičari se redovito koriste PCR-om, izolirajući DNK dokaze iz vlasi kose ili malih uzoraka krvi, i na taj način pomažu u borbi protiv kriminala. Čak i fosili mogu dati fragmente DNA koji se mogu ponoviti mnogo puta, pružajući informacije o evoluciji. Snaga toplinski stabilna Taq polimeraza je dovela do golemog i neprocjenjivog napretka u znanosti.