Language
Country/Area
No result found
Das Replikationsartefakt des Lebens: Warum ist thermostabile DNA-Polymerase der Star der PCR?
In den Bereichen Gentechnik und Molekularbiologie ist die Entstehung der thermostabilen DNA-Polymerase zweifellos ein revolutionärer Durchbruch. Diese Enzyme von Rexi Biotechnology haben die schnelle Entwicklung der Polymerase-Kettenreaktionstechnologie (PCR) ermöglicht und werden häufig in der Genreplikation, Gentherapie und vielen anderen Bereichen der Biotechnologie eingesetzt.
Thermostabile DNA-Polymerasen verfügen über von Natur aus ausgewählte Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, auch bei hohen Temperaturen funktionsfähig zu bleiben, wodurch die Notwendigkeit einer häufigen Zugabe von Enzymen bei der PCR entfällt.
Eigenschaften der thermostabilen DNA-Polymerase
Thermostabile DNA-Polymerasen stammen normalerweise aus thermophilen Bakterien oder Archaeen und diese Enzyme weisen bei hohen Temperaturen eine hervorragende Aktivität auf. Die meisten dieser Polymerasen besitzen eine 5'→3'-Polymerisationsaktivität und eine 5'→3'- oder 3'→5'-Exonukleaseaktivität.
Seine Struktur und Funktion
Die Struktur dieser Polymerasen hat die Form einer Hand mit Daumen, Handfläche und Fingern. Die Funktion des Daumens besteht darin, doppelsträngige DNA zu binden und zu bewegen, die Handfläche trägt das aktive Zentrum der Polymerase und die Finger sind für die Bindung von Substraten wie Matrizen-DNA und Nukleotidtriphosphaten verantwortlich.
Polymerasen aus verschiedenen Quellen
Unter den bakteriellen thermostabilen DNA-Polymerasen wird das Taq-Enzym aufgrund seiner hervorragenden Leistung häufig verwendet. Darüber hinaus gibt es Polymerasen wie Tfl, Tma, Tne, Tth und Bst. Im Gegensatz dazu umfassen archaische Polymerasen Pfu, Pwo usw. Die meisten dieser Polymerasen haben die Fähigkeit, Synthesefehler zu korrigieren, d. h. 3' → 5'-Exonukleaseaktivität.
Es hat sich gezeigt, dass eine Mischung aus archaealen und bakteriellen Polymerasen DNA-Fragmente mit einer Größe von bis zu 35 kb in der Longest-Range-PCR effizient synthetisiert.
Die Geschwindigkeit und Verarbeitungsleistung der Polymerase
Die Syntheseraten verschiedener Polymerasen variieren stark. Beispielsweise hat die Taq-Polymerase eine Syntheserate von 60 Nukleotiden pro Sekunde, während die KOD-Polymerase 120 Nukleotide pro Sekunde erreichen kann. Diese Eigenschaften beeinflussen die Reaktionseffizienz und Ausbeute bei PCR-Anwendungen.
Fehlerrate und Ausbeute
Die Fehlerrate ist ein wichtiger Indikator zur Beurteilung der Polymerasequalität. Die Taq-Polymerase hat eine Fehlerrate von etwa 8 Fehlern pro 1.000 Nukleotide, während die Pfu-Polymerase eine Fehlerrate von weniger als 1 Fehler aufweist. Im Allgemeinen produzieren bakterielle Polymerasen höhere Ausbeuten, gehen aber mit mehr Replikationsfehlern einher, während archaische Polymerasen weniger, aber reinere DNA produzieren.
Anwendungsfelder
Zusätzlich zu ihrer Anwendung in der PCR-Technologie haben thermostabile DNA-Polymerasen ihre Bedeutung auch in vielen Bereichen der Biologie gezeigt, darunter RNA-Transkription, quantitative PCR (QPCR), On-Demand-Mutagenese und DNA-Sequenzierung. Diese Techniken helfen Wissenschaftlern, ein tieferes Verständnis der grundlegenden Bestandteile des Lebens und seiner Funktionsweise zu erlangen.
Historischer Hintergrund
1976 charakterisierte Alice Chien erstmals die thermostabile Taq-Polymerase, und 1988 führte Randall K. Saiki sie in die PCR-Technologie ein, was einen großen Wandel in der Genreplikationstechnologie markierte. In den folgenden Jahren wurden die Genklonierung und die Verbesserung der Polymerase sowie die Anwendung verschiedener hocheffizienter PCR-Technologien weiter vorangetrieben.
Im Laufe der Zeit wird sich die Forschung immer mehr auf die Frage konzentrieren, wie die Leistung thermostabiler DNA-Polymerasen weiter verbessert werden kann, um den wachsenden wissenschaftlichen Anforderungen gerecht zu werden.
Mit der Entwicklung thermostabiler DNA-Polymerasen ergeben sich jedoch ständig neue Herausforderungen, beispielsweise wie sich ihre Genauigkeit und Effizienz bei der Genbearbeitung und der synthetischen Biologie weiter verbessern lassen. Diese Fragen regen dazu an, darüber nachzudenken, wie zukünftige Polymerasen diesen Herausforderungen begegnen werden.
