Efectuarea copiilor ADN necesită enzime numite ADN polimeraze. Aceste enzime păstrează un genom în timpul replicării. Înainte de anii 1960, oamenii de știință nu aveau o ADN polimerază stabilă la căldură pentru a face mai multe copii ale ADN-ului. În 1966, în izvoarele calde din Parcul Național Yellowstone din SUA, Thomas D. Brock a descoperit o bacterie, numită termofil, care ar putea supraviețui la temperaturi extrem de ridicate și a numit-o Thermus aquaticus. A fost denumită polimeraza izolată din acest organism Taq polimeraza.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Taq polimeraza, prima ADN polimerază stabilă la căldură pentru PCR, a fost descoperită în 1966. PCR a transformat amplificarea ADN-ului, făcând procesul rapid și eficient. Acest lucru ar revoluționa clonarea, testarea ADN-ului, criminalistica și proiectarea medicamentelor.
Reacția în lanț a polimerazei (PCR)
Reacția în lanț a polimerazei (PCR) a fost dezvoltată de chimistul Kary Mullis în anii 1980, ca mijloc de a face multe copii ale fragmentelor de ADN. Oamenii de știință au realizat că ADN polimerazele termostabile (stabile la căldură) ar fi necesare pentru ca PCR să funcționeze eficient.
În PCR, o probă de ADN este combinată cu primeri, care sunt secvențe de acid nucleic care încep sinteza ADN; Taq polimeraza; și trifosfații nucleotidici (dNTP). Acest amestec este plasat în tuburi în interiorul unei mașini PCR automate. Combinația este încălzită la 94 de grade Celsius, ceea ce face ca ADN-ul să se denatureze sau să se dezvolte și devine două fire ADN monocatenar (ssDNA). Amestecul este apoi răcit la 55 de grade C, moment în care primerii se recoac în partea ADN-ului care trebuie reprodusă. Combinația este încălzită din nou, dar la 72 de grade C, pentru care este temperatura ideală Taq polimeraza pentru a utiliza primerii pentru a produce noi catene de ADN și reformele elicoidale. Acest proces, care are loc în câteva minute, se repetă de multe ori pentru a crea milioane de copii ale pieselor de ADN. Cetus Corporation a dezvoltat o mașină de termociclare, sau termociclator, care a accelerat procesul de încălzire și răcire a probelor.
În cele din urmă, mai degrabă decât izolarea Taq polimeraza din Thermus aquaticus celule, pol gena din acea bacterie a fost izolată și clonată pentru a-și produce genomul în Escherichiacoli (E. coli) celule. În timp ce ADN polimeraze termostabile mai noi au fost descoperite, Taq polimeraza rămâne standardul pentru PCR.
O revoluție de biologie moleculară
Abilitatea de a utiliza o mică bucată de ADN și de a o copia de milioane de ori prin PCR a transformat biologia moleculară. Testarea fondurilor genetice și a defectelor genetice necesită doar un eșantion mic, dar oferă o cantitate vastă de informații cruciale care ajută la cercetarea medicinii și a strămoșilor. PCR a fost, de asemenea, utilizat pentru a detecta HIV în celulele umane, deschizând domeniul epidemiologiei la beneficiile amplificării rapide a ADN-ului. Criminalistii folosesc în mod regulat PCR, izolând dovezile ADN de fire de păr sau mici probe de sânge, ajutând astfel la combaterea criminalității. Chiar și fosilele pot produce fragmente de ADN care pot fi reproduse de multe ori, oferind informații despre evoluție. Puterea stabilă la căldură Taq polimeraza a dus la o vastă și neprețuită avansare în știință.