დნმ-ის ასლების დამზადება მოითხოვს ფერმენტებს, რომლებსაც დნმ პოლიმერაზებს უწოდებენ. ეს ფერმენტები ინარჩუნებენ გენომს გამრავლების დროს. 1960-იან წლებამდე მეცნიერებს არ ჰქონდათ სითბოს მდგრადი დნმ პოლიმერაზა, რომელიც გამოიყენებოდა დნმ-ის მეტი ასლის შესაქმნელად. 1966 წელს აშშ-ში იელოუსტოუნის ეროვნული პარკის გაბრწყინებულ ცხელ წყაროებში თომას დ. ბროკმა აღმოაჩინა ბაქტერია, რომელსაც თერმოფილს უწოდებენ, რომელსაც ძალზე მაღალი ტემპერატურის პირობებში შეუძლია გადარჩენა და დაარქვა მას წყლის თერმოსი. ამ ორგანიზმისგან იზოლირებულ პოლიმერაზას სახელი დაერქვა თაკ პოლიმერაზა.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
Taq პოლიმერაზა, პირველი სითბოს მდგრადი დნმ პოლიმერაზა PCR– სთვის, 1966 წელს აღმოაჩინეს. PCR– მ გარდაქმნა დნმ – ის ამპლიფიკაცია, გახადა პროცესი სწრაფი და ეფექტური. ეს მოახდენს კლონირების, დნმ ტესტირების, სასამართლო ექსპერტიზისა და მედიცინის დიზაინის რევოლუციას.
პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (PCR)
პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (PCR) შეიმუშავა ქიმიკოსმა კარი მულისმა 1980-იან წლებში, როგორც დნმ ფრაგმენტების მრავალი ასლის დამზადების საშუალება. მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ თერმოსტაბილური (სითბოს მდგრადი) დნმ – პოლიმერაზები საჭირო იქნება PCR– ის ეფექტურად მუშაობისთვის.
თაკ პოლიმერაზა, თერმოსტაბილურია, იდეალური აღმოჩნდა PCR– სთვის.PCR– ში, დნმ – ის ნიმუში შერწყმულია პრაიმერებთან, რომლებიც ნუკლეინის მჟავის თანმიმდევრობებია, რომლებიც იწყებენ დნმ – ის სინთეზს; თაკ პოლიმერაზა; და ნუკლეოტიდის ტრიფოსფატები (dNTP). ეს ნარევი მოთავსებულია მილებში ავტომატიზირებული PCR აპარატის შიგნით. კომბინაცია თბება 94 გრადუს ცელსიუსამდე, რაც იწვევს დნმ-ის დენატურას ან გაჟონვას და ხდება ორი ერთჯაჭვიანი დნმ (ssDNA) ძაფი. ამის შემდეგ ნარევი გაცივდება 55 გრადუსამდე, ამ ეტაპზე პრაიმერები დნმ-ის ნაწილს ემატება, რომლის გამრავლებაც საჭიროა. კომბინაცია კვლავ თბება, მაგრამ 72 გრადუსამდე, რაც იდეალური ტემპერატურაა თაკ პოლიმერაზას გამოიყენოს პრაიმერები დნმ – ის ახალი ძაფების შესაქმნელად და სპირალის რეფორმებისთვის. ეს პროცესი, რომელიც რამდენიმე წუთში ხდება, ბევრჯერ მეორდება და ქმნის დნმ – ის მილიონობით ასლს. Cetus Corporation– მა შეიმუშავა თერმოცირკულაციური მანქანა, ან თერმოციკლიერი, რომელიც აჩქარებს ნიმუშების გათბობისა და გაგრილების პროცესს.
საბოლოოდ, ვიდრე იზოლირება თაკ პოლიმერაზა საწყისი წყლის თერმოსი უჯრედები, პოლ ამ ბაქტერიების გენი იზოლირებული და კლონირებული იქნა მისი გენომის წარმოქმნით ეშერიხიაკოლი (ე. კოლი) უჯრედები. მიუხედავად იმისა, რომ აღმოაჩინეს უფრო ახალი თერმოსტაბილური დნმ – პოლიმერაზები, თაკ პოლიმერაზა PCR– ს სტანდარტად რჩება.
მოლეკულური ბიოლოგიის რევოლუცია
დნმ-ის პატარა ნაწილის გამოყენების და მისი მილიონჯერ კოპირების შესაძლებლობით PCR- ს შესაძლებლობამ მოლეკულური ბიოლოგია გარდაქმნა. გენეტიკური ფონისა და გენეტიკური დეფექტების გამოკვლევა მხოლოდ მცირე ნიმუშს მოითხოვს, თუმცა ის მნიშვნელოვან ინფორმაციას იძლევა, რაც სამედიცინო და წინაპრების კვლევას ეხმარება. PCR ასევე იქნა გამოყენებული ადამიანის უჯრედებში აივ ინფექციის დასადგენად, რაც ეპიდემიოლოგიის სფეროს ხსნის სწრაფი დნმ-ის გამრავლებისთვის. სასამართლო ექსპერტი მეცნიერები რეგულარულად იყენებენ PCR– ს, იზოლირებენ დნმ – ის მტკიცებულებებს თმის ძაფებიდან ან სისხლის მცირე ნიმუშებიდან და ამით ეხმარებიან დანაშაულის წინააღმდეგ ბრძოლაში. ნამარხებმაც კი შეიძლება მიიღონ დნმ – ის ფრაგმენტები, რომელთა გამრავლება მრავალჯერ შეიძლება, რაც უზრუნველყოფს ინფორმაციას ევოლუციის შესახებ. ძალა სითბოს სტაბილური თაკ პოლიმერაზამ გამოიწვია მეცნიერების უზარმაზარი და ფასდაუდებელი წინსვლა.