Tworzenie kopii DNA wymaga enzymów zwanych polimerazami DNA. Enzymy te zachowują genom podczas replikacji. Przed latami 60. naukowcy nie dysponowali stabilną termicznie polimerazą DNA, której można by użyć do tworzenia większej liczby kopii DNA. W 1966 r. w musujących gorących źródłach Parku Narodowego Yellowstone w USA Thomas D. Brock odkrył bakterię, zwaną termofilną, która może przetrwać w ekstremalnie wysokich temperaturach, i nazwał ją Thermus aquaticus. Wyizolowana polimeraza z tego organizmu została nazwana Taq polimeraza.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Polimeraza Taq, pierwsza termostabilna polimeraza DNA do PCR, została odkryta w 1966 roku. Amplifikacja DNA transformowana PCR, dzięki czemu proces jest szybki i wydajny. Zrewolucjonizowałoby to klonowanie, testowanie DNA, kryminalistykę i projektowanie leków.
Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR)
Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) została opracowana przez chemika Kary Mullisa w latach 80. XX wieku jako sposób na wykonanie wielu kopii fragmentów DNA. Naukowcy zdali sobie sprawę, że termostabilne (termostabilne) polimerazy DNA będą potrzebne do wydajnej reakcji PCR.
Taq polimeraza, będąc termostabilna, okazała się idealna do PCR.W PCR próbka DNA jest łączona ze starterami, które są sekwencjami kwasu nukleinowego, które rozpoczynają syntezę DNA; Taq polimeraza; i trifosforany nukleotydów (dNTP). Ta mieszanina jest umieszczana w probówkach w zautomatyzowanej maszynie do PCR. Połączenie jest podgrzewane do 94 stopni Celsjusza, co powoduje denaturację lub odwijanie DNA i przekształcanie się w dwie nici jednoniciowego DNA (ssDNA). Mieszanina jest następnie schładzana do 55 stopni C, w którym to momencie startery przyłączają się do części DNA, która wymaga replikacji. Zestaw jest ponownie podgrzewany, ale do 72 stopni C, co jest idealną temperaturą dla Taq polimeraza do wykorzystania starterów do tworzenia nowych nici DNA i reformy helisy. Ten proces, który trwa kilka minut, jest powtarzany wiele razy, tworząc miliony kopii fragmentów DNA. Firma Cetus Corporation opracowała termocykler, czyli termocykler, który przyspieszył proces ogrzewania i chłodzenia próbek.
W końcu zamiast izolować Taq polimeraza z Thermus aquaticus komórki, pol gen tej bakterii został wyizolowany i sklonowany w celu wytworzenia jego genomu w Escherichiacoli (E. coli) komórki. Chociaż odkryto nowsze termostabilne polimerazy DNA, Taq polimeraza pozostaje standardem dla PCR.
Rewolucja biologii molekularnej
Możliwość wykorzystania maleńkiego fragmentu DNA i skopiowania go miliony razy za pomocą PCR zmieniła biologię molekularną. Testowanie podłoża genetycznego i defektów genetycznych wymaga tylko niewielkiej próbki, ale dostarcza ogromnej ilości kluczowych informacji, które pomagają w badaniach nad medycyną i przodkami. PCR wykorzystano również do wykrycia wirusa HIV w komórkach ludzkich, otwierając pole epidemiologii na korzyści płynące z szybkiej amplifikacji DNA. Eksperci sądowi regularnie stosują PCR, izolując dowody DNA z pasm włosów lub małych próbek krwi, a tym samym pomagając w walce z przestępczością. Nawet skamieliny mogą dostarczyć fragmentów DNA, które można wielokrotnie replikować, dostarczając informacji o ewolucji. Moc termostabilna Taq polimeraza doprowadziła do ogromnego i bezcennego postępu w nauce.
