Norint padaryti DNR kopijas, reikia fermentų, vadinamų DNR polimerazėmis. Šie fermentai replikacijos metu išsaugo genomą. Iki septintojo dešimtmečio mokslininkai neturėjo karščiui stabilios DNR polimerazės, kurią būtų galima naudoti norint pagaminti daugiau DNR kopijų. 1966 m. JAV Jeloustouno nacionalinio parko gazuotose karštosiose versmėse Thomasas D. Brockas atrado bakteriją, vadinamą termofilu, kuri galėtų išgyventi esant labai aukštai temperatūrai, ir pavadino ją Thermus aquaticus. Buvo pavadinta izoliuota šio organizmo polimerazė Taq polimerazė.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Taq polimerazė, pirmoji karščiui stabili DNR polimerazė PGR, buvo atrasta 1966 m. PGR transformavo DNR amplifikaciją, todėl procesas buvo greitas ir efektyvus. Tai sukeltų revoliuciją klonavimui, DNR tyrimams, teismo ekspertizei ir vaistų projektavimui.
Polimerazės grandininė reakcija (PGR)
Devintajame dešimtmetyje chemikas Kary Mullis sukūrė polimerazės grandininę reakciją (PGR) kaip priemonę daugybei DNR fragmentų kopijų padaryti. Mokslininkai suprato, kad norint veiksmingai atlikti PGR, reikės termostabilių (stabilių karščiui) DNR polimerazių.
Atliekant PGR, DNR mėginys sujungiamas su pradmenimis, kurie yra nukleino rūgščių sekos, pradedančios DNR sintezę; Taq polimerazė; ir nukleotidų trifosfatai (dNTP). Šis mišinys dedamas į vamzdelius automatizuoto PGR aparato viduje. Derinys pašildomas iki 94 laipsnių Celsijaus, dėl kurio DNR denatūruojasi arba išsivynioja ir tampa dviem viengrandėmis DNR (ssDNR) grandinėmis. Tada mišinys atšaldomas iki 55 ° C, tada pradmenys atkaitina tą DNR dalį, kurią reikia pakartoti. Derinys vėl pašildomas, bet iki 72 laipsnių C, o tai yra ideali temperatūra Taq polimerazės naudoti pradmenis naujoms DNR grandinėms gaminti, o spiralė reformuojama. Šis procesas, vykstantis per kelias minutes, kartojamas daug kartų, kad būtų sukurta milijonai DNR gabalų kopijų. „Cetus“ korporacija sukūrė termociklą arba termociklerį, kuris paspartino mėginių kaitinimo ir aušinimo procesą.
Galų gale, o ne izoliuoti Taq polimerazė iš Thermus aquaticus ląstelių, pol šios bakterijos genas buvo išskirtas ir klonuotas, kad būtų sukurtas jo genomas Escherichiacoli (E. coli) ląstelių. Nors buvo atrastos naujesnės termostabilios DNR polimerazės, Taq polimerazė išlieka PGR etalonu.
Molekulinės biologijos revoliucija
Gebėjimas naudoti mažą DNR gabalėlį ir milijonus kartų nukopijuoti naudojant PGR pavertė molekulinę biologiją. Norint ištirti genetinę kilmę ir genetinius defektus, reikia tik nedidelio mėginio, tačiau gaunama didžiulė svarbios informacijos, kuri padeda medicinai ir protėvių tyrimams, kiekiai. PGR taip pat buvo naudojamas ŽIV aptikti žmogaus ląstelėse, atveriant epidemiologijos lauką naudai dėl greito DNR amplifikacijos. Kriminalistai reguliariai naudoja PGR, išskirdami DNR įrodymus iš plaukų sruogų ar mažų kraujo mėginių ir taip padėdami kovoti su nusikalstamumu. Net iš fosilijų galima gauti DNR fragmentų, kuriuos galima daug kartų pakartoti, suteikiant informacijos apie evoliuciją. Šilumos stabilumo galia Taq polimerazė paskatino didžiulę ir neįkainojamą pažangą mokslo srityje.