Na vytváranie kópií DNA sú potrebné enzýmy nazývané DNA polymerázy. Tieto enzýmy zachovávajú genóm počas replikácie. Pred 60. rokmi vedci nemali tepelne stabilnú DNA polymerázu, ktorá by sa dala použiť na výrobu ďalších kópií DNA. V roku 1966, v šumiacich horúcich prameňoch Yellowstonského národného parku v USA, Thomas D. Brock objavil baktériu zvanú termofil, ktorá dokázala prežiť pri extrémne vysokých teplotách, a pomenoval ju Thermus aquaticus. Izolovaná polymeráza z tohto organizmu bola pomenovaná Taq polymeráza.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Taq polymeráza, prvá tepelne stabilná DNA polymeráza pre PCR, bola objavená v roku 1966. PCR transformácia amplifikácie DNA, vďaka čomu je proces rýchly a efektívny. To by prinieslo revolúciu v klonovaní, testovaní DNA, súdnom lekárstve a dizajne liekov.
Polymerázová reťazová reakcia (PCR)
Polymerázovú reťazovú reakciu (PCR) vyvinul chemik Kary Mullis v 80. rokoch minulého storočia ako prostriedok na výrobu mnohých kópií fragmentov DNA. Vedci si uvedomili, že na efektívne fungovanie PCR sú potrebné termostabilné (tepelne stabilné) DNA polymerázy.
Pri PCR sa vzorka DNA kombinuje s primermi, čo sú sekvencie nukleových kyselín, ktoré spúšťajú syntézu DNA; Taq polymeráza; a nukleotid trifosfáty (dNTP). Táto zmes sa umiestni do skúmaviek vo vnútri automatizovaného PCR prístroja. Kombinácia sa zahreje na 94 stupňov Celzia, čo spôsobí denaturáciu alebo nespolievanie DNA a stane sa z nej dva reťazce jednovláknovej DNA (ssDNA). Zmes sa potom ochladí na 55 stupňov C, v tomto okamihu priméry hybridizujú s časťou DNA, ktorá sa musí replikovať. Kombinácia sa opäť zahreje, ale na 72 stupňov C, čo je ideálna teplota na Taq polymeráza na použitie primérov na výrobu nových vlákien DNA a helixová reforma. Tento proces, ktorý trvá niekoľko minút, sa mnohokrát opakuje, aby sa vytvorili milióny kópií kúskov DNA. Spoločnosť Cetus Corporation vyvinula termocyklický stroj alebo termocykler, ktorý urýchlil proces ohrievania a ochladzovania vzoriek.
Nakoniec skôr ako izolovať Taq polymeráza z Thermus aquaticus bunky, pol gén z tejto baktérie bol izolovaný a klonovaný, aby sa vytvoril jeho genóm v Escherichiacoli (E. coli) bunky. Zatiaľ čo boli objavené novšie termostabilné DNA polymerázy, Taq štandardom pre PCR zostáva polymeráza.
Revolúcia molekulárnej biológie
Schopnosť použiť malý kúsok DNA a miliónkrát ju skopírovať pomocou PCR transformovala molekulárnu biológiu. Testovanie genetického pozadia a genetických defektov si vyžaduje iba malú vzorku, napriek tomu poskytuje obrovské množstvo dôležitých informácií, ktoré pomáhajú pri výskume medicíny a predkov. PCR sa tiež použila na detekciu HIV v ľudských bunkách, čím sa otvorila oblasť epidemiológie výhodám rýchlej amplifikácie DNA. Kriminalisti pravidelne používajú PCR na izoláciu dôkazov DNA z prameňov vlasov alebo malých vzoriek krvi, a tým pomáhajú v boji proti zločinu. Aj fosílie môžu poskytnúť fragmenty DNA, ktoré sa dajú mnohokrát replikovať a poskytnúť tak informácie o vývoji. Sila tepelne stabilná Taq polymeráza viedla k obrovskému a neoceniteľnému pokroku vo vede.