Для створення копій ДНК потрібні ферменти, які називаються ДНК-полімеразами. Ці ферменти зберігають геном під час реплікації. До 1960-х років вчені не мали термостійкої ДНК-полімерази, яку можна було б використовувати для створення більшої кількості копій ДНК. У 1966 році в гарячих гарячих джерелах Єллоустонського національного парку в США Томас Д. Брок виявив бактерію, звану термофілом, яка могла вижити при надзвичайно високих температурах, і назвав її Thermus aquaticus. Була названа виділена з цього організму полімераза Taq полімераза.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Taq-полімераза, перша термостійка ДНК-полімераза для ПЛР, була відкрита в 1966 році. ПЛР трансформувала ампліфікацію ДНК, роблячи процес швидким та ефективним. Це революціонізувало б клонування, тестування ДНК, судово-медичну експертизу та дизайн медицини.
Ланцюгова реакція полімерази (ПЛР)
Ланцюгова реакція полімерази (ПЛР) була розроблена хіміком Карі Муллісом у 1980-х роках як засіб для створення багатьох копій фрагментів ДНК. Вчені зрозуміли, що для ефективної роботи ПЛР потрібні термостабільні (термостійкі) ДНК-полімерази.
У ПЛР зразок ДНК поєднується з праймерами, які є послідовностями нуклеїнових кислот, які починають синтез ДНК; Taq полімераза; і нуклеотидні трифосфати (dNTP). Цю суміш поміщають у пробірки всередині автоматизованої ПЛР-машини. Комбінація нагрівається до 94 градусів Цельсія, що призводить до того, що ДНК денатурує або відморожується, і стає двома ланцюгами одноланцюгової ДНК (ssDNA). Потім суміш охолоджують до 55 градусів С, після чого праймери відпалюють до частини ДНК, яку потрібно реплікати. Комбінація знову нагрівається, але до 72 градусів С, що є ідеальною температурою для Taq полімераза для використання праймерів для створення нових ланцюгів ДНК, а також реформи спіралі. Цей процес, який відбувається за лічені хвилини, повторюється багато разів, створюючи мільйони копій фрагментів ДНК. Корпорація Cetus розробила термоциклічну машину, або термоциклер, який пришвидшив процес нагрівання та охолодження зразків.
Зрештою, а не ізолюючи Taq полімераза від Thermus aquaticus клітини, пол ген від цієї бактерії був виділений і клонований для продукування його геному в Ешерихіїcoli (E. coli) клітин. Поки були виявлені новіші термостабільні ДНК-полімерази, Taq полімераза залишається стандартом для ПЛР.
Революція молекулярної біології
Можливість використовувати крихітний шматочок ДНК і копіювати його мільйони разів за допомогою ПЛР перетворила молекулярну біологію. Тестування на генетичний фон та генетичні дефекти вимагає лише невеликої вибірки, проте воно дає величезну кількість важливої інформації, яка допомагає медицині та дослідженням походження. ПЛР також використовували для виявлення ВІЛ у клітинах людини, відкриваючи поле епідеміології для переваг швидкої ампліфікації ДНК. Криміналісти регулярно використовують ПЛР, ізолюючи докази ДНК з пасма волосся або дрібних зразків крові, тим самим допомагаючи в боротьбі зі злочинністю. Навіть скам'янілості можуть дати фрагменти ДНК, які можна багаторазово відтворити, надаючи інформацію про еволюцію. Потужність термостійка Taq Полімераза призвела до величезного і безцінного прогресу в науці.