A DNS másolatának elkészítéséhez DNS-polimerázoknak nevezett enzimekre van szükség. Ezek az enzimek megőrzik a genomot a replikáció során. Az 1960-as évek előtt a tudósok nem rendelkeztek hőstabil DNS-polimerázzal, amelyet a DNS több másolatának elkészítéséhez használhattak volna. 1966-ban, az amerikai Yellowstone Nemzeti Park szénsavas forró forrásaiban Thomas D. Brock felfedezett egy termofilnek nevezett baktériumot, amely rendkívül magas hőmérsékleten képes túlélni, és megnevezte Thermus aquaticus. A szervezetből izolált polimerázt neveztek el Taq polimeráz.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A Taq-polimerázt, az első hőstabil DNS-polimerázt a PCR-hez, 1966-ban fedezték fel. A PCR transzformálta a DNS-amplifikációt, így a folyamat gyors és hatékony. Ez forradalmasítaná a klónozást, a DNS-tesztelést, a kriminalisztikát és az orvostudomány tervezését.
Polimeráz láncreakció (PCR)
A polimeráz láncreakciót (PCR) Kary Mullis kémikus fejlesztette ki az 1980-as években, a DNS-fragmensek sok másolatának elkészítésére szolgáló eszközként. A tudósok rájöttek, hogy a PCR hatékony működéséhez hőstabil (hőstabil) DNS-polimerázokra lesz szükség.
A PCR-ben egy DNS-mintát kombinálunk primerekkel, amelyek nukleinsav-szekvenciák, amelyek megkezdik a DNS-szintézist; Taq polimeráz; és nukleotid-trifoszfátok (dNTP-k). Ezt a keveréket csövekbe helyezzük egy automatizált PCR-gép belsejében. A kombinációt 94 Celsius-fokos hőmérsékletre melegítik, ami a DNS denaturálódását vagy orsódását okozza, és két egyszálú DNS-szál (ssDNS) lesz. Az elegyet ezután 55 ° C-ra lehűtjük, ekkor a primerek a DNS replikálódni kívánt részére lágyulnak. A kombinációt ismét felmelegítik, de 72 ° C-ra, ami az ideális hőmérséklet Taq polimeráz felhasználásával a primereket új DNS-szálak előállításához, és a hélix reformokat hajt végre. Ezt a folyamatot, amely percek alatt zajlik le, sokszor megismételnek, hogy millió darab DNS-darabot hozzanak létre. A Cetus Corporation kifejlesztett egy termociklusos gépet vagy termociklist, amely felgyorsította a minták melegítésének és hűtésének folyamatát.
Végül ahelyett, hogy elszigetelődne Taq polimeráz származéka Thermus aquaticus sejtek, a pol a baktérium génjét izolálták és klónozták, hogy előállítsák genomját Escherichiacoli (E. coli) sejtek. Míg újabb hőstabil DNS-polimerázokat fedeztek fel, Taq a polimeráz továbbra is a PCR standardja.
Molekuláris biológiai forradalom
Az a képesség, hogy egy apró DNS-darabot felhasználhat és több milliószor másolhat le PCR-en keresztül, átalakította a molekuláris biológiát. A genetikai háttér és genetikai hibák teszteléséhez csak kis minta szükséges, mégis óriási mennyiségű döntő információhoz jut, amely segíti az orvostudomány és az ősök kutatását. PCR-t alkalmaztak a HIV emberi sejtekben történő kimutatására is, megnyitva ezzel az epidemiológia területét a gyors DNS-amplifikáció előnyei szempontjából. Az igazságügyi orvostudósok rendszeresen alkalmaznak PCR-t, izolálva a DNS-bizonyítékokat a hajszálaktól vagy a kis vérmintáktól, és ezzel segítik a bűnözés elleni küzdelmet. Még az ősmaradványok is képesek olyan DNS-fragmenseket eredményezni, amelyek sokszor replikálódhatnak, és információkat szolgáltatnak az evolúcióról. A hőstabil ereje Taq a polimeráz a tudomány hatalmas és felbecsülhetetlen fejlődéséhez vezetett.