För att göra kopior av DNA krävs enzymer som kallas DNA-polymeraser. Dessa enzymer bevarar ett genom under replikation. Före 1960-talet hade forskare inte ett värmestabilt DNA-polymeras att använda för att göra fler kopior av DNA. 1966, i de brinnande varma källorna i Yellowstone National Park i USA, Thomas D. Brock upptäckte en bakterie, kallad termofil, som kunde överleva vid extremt höga temperaturer och gav den namnet Thermus aquaticus. Det isolerade polymeraset från denna organism namngavs Taq polymeras.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Taq-polymeras, det första värmestabila DNA-polymeraset för PCR, upptäcktes 1966. PCR-transformerad DNA-amplifiering, vilket gör processen snabb och effektiv. Detta skulle revolutionera kloning, DNA-testning, kriminalteknik och medicindesign.
Polymeraskedjereaktion (PCR)
Polymeraskedjereaktionen (PCR) utvecklades av kemist Kary Mullis på 1980-talet, som ett sätt att göra många kopior av DNA-fragment. Forskare insåg att termostabila (värmestabila) DNA-polymeraser skulle behövas för att PCR ska fungera effektivt.
Taq polymeras, som var termostabilt, visade sig vara idealiskt för PCR.I PCR kombineras ett DNA-prov med primers, som är nukleinsyrasekvenser som startar DNA-syntes; Taq polymeras; och nukleotidtrifosfater (dNTP). Denna blandning placeras i rör inuti en automatiserad PCR-maskin. Kombinationen upphettas till 94 grader Celsius, vilket får DNA att denaturera eller avrullas och blir två enkelsträngade DNA-strängar (ssDNA). Blandningen kyls sedan till 55 ° C, vid vilken tidpunkt grundfärgarna glödgas till den del av DNA som behöver replikeras. Kombinationen värms upp igen, men till 72 grader C, vilket är den perfekta temperaturen för Taq polymeras för att använda primrarna för att skapa nya DNA-strängar och spiralreformerna. Denna process, som äger rum på några minuter, upprepas många gånger för att skapa miljoner kopior av DNA-bitar. Cetus Corporation utvecklade en termocykelmaskin eller termocykler som påskyndade processen att värma och kyla proverna.
Så småningom snarare än att isolera Taq polymeras från Thermus aquaticus celler, den pol genen från den bakterien isolerades och klonades för att producera sitt genom Escherichiacoli (E. coli) celler. Medan nyare termostabila DNA-polymeraser har upptäckts, Taq polymeras förblir standarden för PCR.
En molekylärbiologisk revolution
Förmågan att använda en liten bit DNA och kopiera den miljontals gånger via PCR har förändrat molekylärbiologin. Att testa med avseende på genetiska bakgrunder och genetiska defekter kräver endast ett litet urval, men ändå ger det stora mängder viktig information som hjälper forskning inom medicin och anor. PCR användes också för att detektera HIV i humana celler, vilket öppnade epidemiologifältet till fördelarna med snabb DNA-amplifiering. Rättsmedicinska forskare använder regelbundet PCR, isolerar DNA-bevis från hårsträngar eller små blodprover och hjälper därmed till att bekämpa brott. Även fossiler kan ge fragment av DNA som kan replikeras många gånger och ge information om evolutionen. Kraften i värmestabil Taq polymeras har lett till ett stort och ovärderligt framsteg inom vetenskapen.