Роль Taq-полимеразы в ПЦР

Для создания копий ДНК требуются ферменты, называемые ДНК-полимеразами. Эти ферменты сохраняют геном во время репликации. До 1960-х годов у ученых не было термостойкой ДНК-полимеразы, которую можно было бы использовать для создания большего количества копий ДНК. В 1966 году в бурлящих горячих источниках Йеллоустонского национального парка в США Томас Д. Брок открыл бактерию, названную термофилом, которая может выжить при чрезвычайно высоких температурах, и назвал ее Thermus aquaticus. Выделенная полимераза из этого организма была названа Taq полимераза.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Полимераза Taq, первая термостойкая ДНК-полимераза для ПЦР, была открыта в 1966 году. ПЦР трансформировала амплификацию ДНК, что сделало процесс быстрым и эффективным. Это произведет революцию в клонировании, тестировании ДНК, судебной медицине и дизайне медицины.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) была разработана химиком Кэри Муллис в 1980-х годах как средство для создания множества копий фрагментов ДНК. Ученые поняли, что термостабильные (термостойкие) ДНК-полимеразы необходимы для эффективной работы ПЦР.

В ПЦР образец ДНК комбинируется с праймерами, которые представляют собой последовательности нуклеиновых кислот, запускающие синтез ДНК; Taq полимераза; и нуклеотидтрифосфаты (dNTP). Эту смесь помещают в пробирки внутри автоматизированного ПЦР-аппарата. Комбинация нагревается до 94 градусов Цельсия, что приводит к денатурированию или распутыванию ДНК и превращению ее в две одноцепочечные цепи ДНК (оцДНК). Затем смесь охлаждают до 55 ° C, после чего праймеры отжигаются с той частью ДНК, которую необходимо реплицировать. Комбинацию снова нагревают, но до 72 градусов C, что является идеальной температурой для Taq полимеразы, чтобы использовать праймеры для создания новых цепей ДНК, и спираль преобразуется. Этот процесс, который занимает несколько минут, повторяется много раз, чтобы создать миллионы копий фрагментов ДНК. Корпорация Cetus разработала термоциклер, или термоциклер, который ускорил процесс нагрева и охлаждения образцов.

В конце концов, вместо того, чтобы изолировать Taq полимераза из Термус водный клетки, pol ген этой бактерии был выделен и клонирован, чтобы произвести его геном в Эшерихияcoli (E. coli) клетки. Хотя были открыты новые термостабильные ДНК-полимеразы, Taq полимераза остается стандартом для ПЦР.

Возможность использовать крошечный кусочек ДНК и копировать его миллионы раз с помощью ПЦР изменила молекулярную биологию. Для проверки генетического фона и генетических дефектов требуется лишь небольшой образец, но он дает огромное количество важной информации, которая помогает в исследованиях медицины и происхождения. ПЦР также использовалась для обнаружения ВИЧ в клетках человека, что открыло в области эпидемиологии преимущества быстрой амплификации ДНК. Судебно-медицинские эксперты регулярно используют ПЦР, выделяя доказательства ДНК из прядей волос или небольших образцов крови и тем самым помогая в борьбе с преступностью. Даже окаменелости могут давать фрагменты ДНК, которые можно многократно реплицировать, предоставляя информацию об эволюции. Мощность термостабильного Taq полимераза привела к огромному и бесценному развитию науки.