Fare copie del DNA richiede enzimi chiamati DNA polimerasi. Questi enzimi preservano un genoma durante la replicazione. Prima degli anni '60, gli scienziati non disponevano di una DNA polimerasi termostabile da utilizzare per creare più copie di DNA. Nel 1966, nelle frizzanti sorgenti termali del Parco Nazionale di Yellowstone negli Stati Uniti, Thomas D. Brock scoprì un batterio, chiamato termofilo, che poteva sopravvivere a temperature estremamente elevate, e lo chiamò Thermus aquaticus. La polimerasi isolata da questo organismo è stata denominata Taq polimerasi.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
La Taq polimerasi, la prima DNA polimerasi termostabile per PCR, è stata scoperta nel 1966. La PCR ha trasformato l'amplificazione del DNA, rendendo il processo rapido ed efficiente. Ciò rivoluzionerebbe la clonazione, il test del DNA, la medicina legale e il design della medicina.
Reazione a catena della polimerasi (PCR)
La reazione a catena della polimerasi (PCR) è stata sviluppata dal chimico Kary Mullis negli anni '80, come mezzo per fare molte copie di frammenti di DNA. Gli scienziati si sono resi conto che sarebbero state necessarie DNA polimerasi termostabili (stabili al calore) affinché la PCR funzioni in modo efficiente.
Taq la polimerasi, essendo termostabile, si è rivelata ideale per la PCR.Nella PCR, un campione di DNA viene combinato con i primer, che sono sequenze di acidi nucleici che avviano la sintesi del DNA; Taq polimerasi; e nucleotidi trifosfati (dNTP). Questa miscela viene posta in provette all'interno di una macchina PCR automatizzata. La combinazione viene riscaldata a 94 gradi Celsius, il che provoca la denaturazione o lo srotolamento del DNA e diventa due filamenti di DNA a singolo filamento (ssDNA). La miscela viene quindi raffreddata a 55 gradi C, a quel punto i primer si ricoprono alla parte del DNA che deve essere replicata. La combinazione viene riscaldata di nuovo, ma a 72 gradi C, che è la temperatura ideale per Taq polimerasi per utilizzare i primer per creare nuovi filamenti di DNA e l'elica si riforma. Questo processo, che avviene in pochi minuti, viene ripetuto molte volte per creare milioni di copie di frammenti di DNA. La Cetus Corporation ha sviluppato una macchina termociclatrice, o termociclatore, che ha accelerato il processo di riscaldamento e raffreddamento dei campioni.
Alla fine, invece di isolare Taq polimerasi da Thermus aquaticus cellule, le pol gene da quel batterio è stato isolato e clonato per produrre il suo genoma in Escherichiacoli (E. coli) cellule. Mentre sono state scoperte nuove DNA polimerasi termostabili, Taq la polimerasi rimane lo standard per la PCR.
Una rivoluzione della biologia molecolare
La capacità di utilizzare un minuscolo pezzo di DNA e di copiarlo milioni di volte tramite PCR ha trasformato la biologia molecolare. Il test per il background genetico e i difetti genetici richiede solo un piccolo campione, eppure fornisce grandi quantità di informazioni cruciali che aiutano la medicina e la ricerca sugli antenati. La PCR è stata utilizzata anche per rilevare l'HIV nelle cellule umane, aprendo il campo dell'epidemiologia ai vantaggi della rapida amplificazione del DNA. Gli scienziati forensi usano regolarmente la PCR, isolando le prove del DNA da ciocche di capelli o piccoli campioni di sangue, aiutando così a combattere il crimine. Anche i fossili possono produrre frammenti di DNA che possono essere replicati molte volte, fornendo informazioni sull'evoluzione. Il potere di termostabile Taq la polimerasi ha portato a un vasto e inestimabile progresso nella scienza.