Het maken van kopieën van DNA vereist enzymen die DNA-polymerasen worden genoemd. Deze enzymen behouden een genoom tijdens replicatie. Vóór de jaren zestig hadden wetenschappers geen hittestabiel DNA-polymerase om te gebruiken voor het maken van meer kopieën van DNA. In 1966 ontdekte Thomas D. Brock in de bruisende warmwaterbronnen van het Yellowstone National Park in de VS een bacterie, een thermofiel genaamd, die kon overleven bij extreem hoge temperaturen, en het Thermer aquaticus noemde.
De geïsoleerde polymerase van dit organisme werd Taq-polymerase.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Taq-polymerase, het eerste warmtestabiele DNA-polymerase voor PCR werd in 1966 ontdekt. ​​PCR-getransformeerde DNA-amplificatie, waardoor het proces snel en efficiënt werd. Dit zou het klonen, DNA-testen, forensisch onderzoek en medicijnontwerp radicaal veranderen.

Polymerase kettingreactie (PCR)

De polymerasekettingreactie (PCR) werd ontwikkeld door chemicus Kary Mullis in de jaren 1980, als een betekent om veel kopieën van DNA-fragmenten te maken. Wetenschappers beseften dat thermostabiele (hittestabiele) DNA-polymerasen nodig zouden zijn om PCR efficiënt te laten werken. Taq-polymerase, dat thermostabiel is, bleek ideaal voor PCR.

Bij PCR wordt een DNA-monster gecombineerd met primers, die nucleïnezuursequenties zijn die de DNA-synthese starten; Taq-polymerase; en nucleotide-trifosfaten (dNTP's). Dit mengsel wordt in tubes in een geautomatiseerde PCR-machine geplaatst. De combinatie wordt verwarmd tot 94 graden Celsius, waardoor het DNA denatureert of afwikkelt en twee enkelstrengige DNA (ssDNA) strengen wordt. Het mengsel wordt vervolgens afgekoeld tot 55 ° C, op welk punt de primers verbinden met het deel van het DNA dat moet worden gerepliceerd. De combinatie wordt opnieuw verwarmd, maar tot 72 ° C, wat de ideale temperatuur is voor Taq-polymerase om de primers te gebruiken voor het maken van nieuwe DNA-strengen en de helixhervormingen. Dit proces, dat in enkele minuten plaatsvindt, wordt vele malen herhaald om miljoenen kopieën van DNA-stukjes te maken. De Cetus Corporation heeft een thermocyclingmachine of thermocycler ontwikkeld, die het proces van verwarmen en koelen van de monsters versnelde.

Uiteindelijk, eerder dan het isoleren van Taq-polymerase van Thermus aquaticus
cellen, het pol en-gen van die bacterie werd geïsoleerd en gekloond om zijn genoom te produceren in Escherichia en coli (E. coli) -cellen. Hoewel nieuwere thermostabiele DNA-polymerasen zijn ontdekt, blijft Taq-polymerase de standaard voor PCR.

Een moleculaire biologierevolutie

Het vermogen om een ​​klein stukje DNA en kopie te gebruiken het heeft miljoenen keren via PCR de moleculaire biologie getransformeerd. Testen op genetische achtergronden en genetische defecten vereist slechts een kleine steekproef, maar het levert enorme hoeveelheden cruciale informatie op die helpen bij onderzoek naar medicijnen en afkomst. PCR werd ook gebruikt om HIV in menselijke cellen te detecteren, waardoor het gebied van de epidemiologie werd geopend voor de voordelen van snelle DNA-amplificatie. Forensische wetenschappers gebruiken regelmatig PCR, isoleren DNA-bewijs van lokken van haar of kleine bloedmonsters en helpen zo bij het bestrijden van criminaliteit. Zelfs fossielen kunnen fragmenten van DNA opleveren die vele malen kunnen worden gerepliceerd en die informatie over evolutie verschaffen. De kracht van hittebestendig Taq-polymerase heeft geleid tot een enorme en onschatbare vooruitgang in de wetenschap.