Fazer cópias do DNA requer enzimas chamadas DNA polimerases. Essas enzimas preservam um genoma durante a replicação. Antes da década de 1960, os cientistas não tinham uma polimerase de DNA estável ao calor para usar para fazer mais cópias de DNA. Em 1966, nas efervescentes fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, nos EUA, Thomas D. Brock descobriu uma bactéria, chamada termófila, que poderia sobreviver a temperaturas extremamente altas, e deu-lhe o nome Thermus aquaticus. A polimerase isolada deste organismo foi denominada Taq polimerase.
TL; DR (muito longo; Não li)
A Taq polimerase, a primeira DNA polimerase estável ao calor para PCR, foi descoberta em 1966. A PCR transformou a amplificação do DNA, tornando o processo rápido e eficiente. Isso revolucionaria a clonagem, os testes de DNA, a ciência forense e o design de medicamentos.
Reação em cadeia da polimerase (PCR)
A reação em cadeia da polimerase (PCR) foi desenvolvida pela química Kary Mullis na década de 1980, como meio de fazer muitas cópias de fragmentos de DNA. Os cientistas perceberam que as polimerases de DNA termoestáveis (estáveis ao calor) seriam necessárias para que a PCR funcionasse de maneira eficiente.
Na PCR, uma amostra de DNA é combinada com primers, que são sequências de ácido nucleico que iniciam a síntese de DNA; Taq polimerase; e trifosfatos de nucleotídeos (dNTPs). Esta mistura é colocada em tubos dentro de uma máquina de PCR automatizada. A combinação é aquecida a 94 graus Celsius, o que faz com que o DNA se desnature ou se desenrole e se torne duas fitas de DNA de fita simples (ssDNA). A mistura é então resfriada a 55 graus C, ponto em que os primers se anelam com a parte do DNA que precisa ser replicada. A combinação é aquecida novamente, mas a 72 graus C, que é a temperatura ideal para Taq polimerase para usar os primers para fazer novas fitas de DNA, e as reformas da hélice. Esse processo, que ocorre em minutos, é repetido muitas vezes para criar milhões de cópias de pedaços de DNA. A Cetus Corporation desenvolveu uma máquina de termociclagem, ou termociclador, que agilizou o processo de aquecimento e resfriamento das amostras.
Eventualmente, em vez de isolar Taq polimerase de Thermus aquaticus células, o pol gene dessa bactéria foi isolado e clonado para produzir seu genoma em Escherichiacoli (E. coli) células. Embora as polimerases de DNA termoestáveis mais recentes tenham sido descobertas, Taq a polimerase continua sendo o padrão para PCR.
Uma revolução da biologia molecular
A capacidade de usar um pequeno pedaço de DNA e copiá-lo milhões de vezes via PCR transformou a biologia molecular. O teste de origens genéticas e defeitos genéticos requer apenas uma pequena amostra, mas produz uma grande quantidade de informações cruciais que auxiliam na medicina e na pesquisa de ancestralidade. A PCR também foi usada para detectar o HIV em células humanas, abrindo o campo da epidemiologia para os benefícios da amplificação rápida de DNA. Cientistas forenses usam regularmente PCR, isolando evidências de DNA de fios de cabelo ou pequenas amostras de sangue e, assim, auxiliando no combate ao crime. Mesmo os fósseis podem produzir fragmentos de DNA que podem ser replicados muitas vezes, fornecendo informações sobre a evolução. O poder da estabilidade térmica Taq a polimerase levou a um avanço vasto e inestimável na ciência.