Бактерия, которая изменила секвенирование ДНК

Секвенирование ДНК было революционизировано после открытия новой бактерии в горячих источниках Йеллоустонского национального парка. Этой бактерией стал Thermus aquaticus, способный выдерживать температуры до 80°C. Это пример экстремофила — организма, живущего в экстремальных условиях.

Исследовательская группа Ианины Альтшулер из EPFL изучает экстремофилов, обитающих в криосредах, чтобы понять их адаптацию к сверхнизким температурам. Многие из таких организмов производят холодоустойчивые белки, например, ферменты с низкой оптимальной температурой активности.

Известные стратегии выживания

Исключительные способности экстремофилов широко известны:

• Deinococcus radiodurans (обнаружена в 1956 г.) выдерживает высокие дозы гамма-излучения.
• Halomonas titanicae (выделена с "Титаника" в 1991 г.) живет в условиях высокой солености и ускоряет коррозию металла.
• Thermus aquaticus была открыта Томасом Броком и Хадсоном Фризом в 1969 году. Она производит Taq-полимеразу — термостойкий фермент, активный при 70–80°C.

Термостойкий фермент

Открытие Taq-полимеразы привело к изобретению полимеразной цепной реакции (PCR), которая позволяет избирательно амплифицировать (создавать множество копий) специфические фрагменты ДНК. Без амплификации наблюдать фрагменты ДНК невозможно — они слишком малы.

Метод PCR сделал секвенирование ДНК обычной практикой в исследовательских лабораториях. Он позволил:

• Составить карту генома человека.
• Ставить медицинские диагнозы.
• Выявлять генетические мутации.
• Поддерживать исследования в криминалистике, сельском хозяйстве и экологии.

За это изобретение Кэри Маллис получил Нобелевскую премию по химии в 1993 году. До PCR процесс секвенирования ДНК был очень длительным и дорогим.

Принцип работы: Для амплификации фрагмента ДНК его подвергают циклам нагрева и охлаждения. При нагреве цепь ДНК расходится, при охлаждении фермент копирует цепь. Обычные ферменты активны при ~30°C, что слишком низко для этих циклов. Taq-полимераза же выдерживает необходимые высокие температуры.