Rollen til Taq Polymerase i PCR

Å lage kopier av DNA krever enzymer som kalles DNA-polymeraser. Disse enzymene bevarer et genom under replikasjon. Før 1960-tallet hadde forskere ikke en varmestabil DNA-polymerase å bruke til å lage flere kopier av DNA. I 1966, i de brennende varme kildene i Yellowstone nasjonalpark i USA, Thomas D. Brock oppdaget en bakterie, kalt termofil, som kunne overleve ved ekstremt høye temperaturer, og ga den navnet Thermus aquaticus. Den isolerte polymerasen fra denne organismen ble kalt Taq polymerase.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Taq polymerase, den første varmestabile DNA-polymerasen for PCR, ble oppdaget i 1966. PCR-transformert DNA-amplifikasjon, noe som gjør prosessen rask og effektiv. Dette ville revolusjonere kloning, DNA-testing, rettsmedisin og medisindesign.

Polymerasekjedereaksjonen (PCR) ble utviklet av kjemiker Kary Mullis på 1980-tallet, som et middel til å lage mange kopier av DNA-fragmenter. Forskere innså at termostabile (varmestabile) DNA-polymeraser ville være nødvendig for at PCR skulle fungere effektivt.

I PCR kombineres en DNA-prøve med primere, som er nukleinsyresekvenser som starter DNA-syntese; Taq polymerase; og nukleotidtrifosfater (dNTP). Denne blandingen plasseres i rør inne i en automatisert PCR-maskin. Kombinasjonen blir oppvarmet til 94 grader Celsius, noe som får DNA til å denaturere eller spole, og blir to enkeltstrengede DNA (ssDNA) -strenger. Blandingen avkjøles deretter til 55 grader C, hvoretter primerne glødes til den delen av DNA som må replikeres. Kombinasjonen varmes opp igjen, men til 72 grader C, som er den ideelle temperaturen for Taq polymerase for å bruke primerne til å lage nye DNA-tråder, og helix-reformene. Denne prosessen, som finner sted på få minutter, gjentas mange ganger for å lage millioner av kopier av DNA-stykker. Cetus Corporation utviklet en termosykelmaskin, eller termosykler, som fremskyndet prosessen med oppvarming og kjøling av prøvene.

Til slutt, i stedet for å isolere Taq polymerase fra Thermus aquaticus celler, den pol genet fra bakteriene ble isolert og klonet for å produsere genomet sitt Escherichiacoli (E. coli) celler. Mens nyere termostabile DNA-polymeraser er blitt oppdaget, Taq polymerase er fortsatt standarden for PCR.

Evnen til å bruke et lite stykke DNA og kopiere det millioner av ganger via PCR har transformert molekylærbiologi. Å teste for genetisk bakgrunn og genetiske defekter krever bare et lite utvalg, men det gir store mengder viktig informasjon som hjelper medisin- og anerforskning. PCR ble også brukt til å oppdage HIV i humane celler, og åpnet epidemiologifeltet for fordelene med rask DNA-amplifikasjon. Rettsmedisinske forskere bruker regelmessig PCR, isolerer DNA-bevis fra hårstrå eller små blodprøver, og hjelper derved til å bekjempe kriminalitet. Selv fossiler kan gi fragmenter av DNA som kan replikeres mange ganger, og gir informasjon om evolusjon. Kraften til varmestabil Taq polymerase har ført til et stort og uvurderlig fremskritt innen vitenskap.