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Cronologia di reazione a catena della polimerasi (PCR)

Lo sviluppo della reazione a catena della polimerasi (PCR) è stato un'innovazione importante nel mondo scientifico. Col passare del tempo, la tecnica si è evoluta oltre i confini della sua progettazione iniziale semplice ed ha aperto i viali incredibili per i ricercatori.

In 20 anni di sua scoperta, questa tecnica sensazionale si è trasformata nella base per parecchi protocolli di biologia molecolare ed ha formato le fondamenta del progetto Genoma Umano.

La cronologia della tecnologia di PCR, come tutti gli sviluppi importanti nella scienza, è guastata ancora tramite le controversie, i reclami e le controrichieste, alcune di loro irrisolti. Questo articolo cerca di descrivere gli sviluppi chiave che piombo a e dopo l'invenzione della PCR.

Sviluppi in struttura del DNA

Durante l'anno 1953, Watson ed il torcicollo hanno scoperto la struttura dell'doppio elica del DNA, indicante che il DNA ha due fili con funzionamento di basi complementare nelle direzioni opposte. D'importanza, il loro rapporto ha meditato la possibilità di un meccanismo di copiatura per DNA. La loro struttura di doppia elica li ha estratti il premio Nobel nel 1962.

Il DNA ripara e ripetuto l'attività della polimerasi

La prima DNA polimerasi è stata identificata da Arthur Kornberg nel 1957 durante i suoi studi sul meccanismo del replicazione del dna. Questo enzima ha avuto bisogno di una mano di fondo di cominciare copiare il modello ed ha potuto creare il DNA soltanto in una direzione.
Nel 1971, Gobind Khorana, un vincitore di premio Nobel per la sua parte nella scoperta di codice genetico e nel suo gruppo dei ricercatori ha cominciato lavorare alla sintesi della riparazione del DNA. Questa tecnica ha cercato di semplificare la sintesi del gene usando le mani di fondo ed i modelli artificiali che aiutano la DNA polimerasi per copiare i segmenti desiderati del gene.

Sebbene questa tecnica usi ripetutamente la DNA polimerasi, simile alla PCR, ha impiegato soltanto un singolo complesso del modello della mano di fondo e l'amplificazione esponenziale non era possibile facendo uso di questa tecnica. Intorno allo stesso tempo, Kjell Kleppe dal laboratorio di Khorana ha preveduto l'uso di un sistema della due-mano di fondo che potrebbe aiutare nella replica desiderata di segmento del DNA, formante un precursore in anticipo alla PCR.

Ricerca a Cetus Corporation

Cetus Corporation, una società di biotecnologia che diventerà domestica alla maggior parte della ricerca che piombo alla PCR, è stato fondato nel 1971. Kary Mullis di Cetus ha lavorato alla sintesi degli oligonucleotidi per uso come le sonde, le mani di fondo e particelle elementari per varie tecniche di biologia molecolare. Sebbene sintetizzi manualmente questi oligos, ha valutato in seguito alcuni prototipi automatizzati del sintetizzatore.

Ordinamento del DNA e l'arrivo della PCR

Durante l'anno 1977, Frederick Sanger ha identificato un DNA che ordina il metodo che comprende una DNA polimerasi, una mano di fondo ed i precursori del nucleotide, per cui era lui hanno assegnato il premio Nobel nel 1980. Così entro l'anno 1980, tutte le componenti per l'amplificazione di PCR erano pronte.

Tuttavia, non era fino al 1983 che, in uno sforzo per fissare alcune emissioni nel suo lavoro di ricerca, Mullis ha utilizzato il DNA di Sanger che ordina il metodo come base per inventare una nuova tecnica. Ha aggiunto una seconda mano di fondo al filo opposto ed ha rend contoere che l'uso ripetuto della DNA polimerasi avvierà una reazione a catena che amplierà un segmento specifico del DNA, così scoprente la tecnologia di PCR.

Analisi dei prodotti di PCR - macchiare del sud

Mullis ha continuato a verificare la sua idea, inizialmente senza il riciclaggio termico ma più successivamente con il riciclaggio termico ripetuto. Nel 1984, Mullis con il gruppo genetico di analisi di mutazione a Cetus ha cominciato lavorare agli esperimenti che mostrano la capacità della PCR di ampliare il DNA genomico. Sebbene il prodotto di amplificazione non sia inizialmente evidente nell'elettroforesi del gel di agarosio, macchiare del sud ha confermato l'aumento nella quantità dei segmenti desiderati del DNA.

Il DNA ampliato dalla PCR con successo è stato clonato ed ordinato stato dai ricercatori, che hanno fatto domanda per il brevetto sulla PCR e sulle sue applicazioni ed hanno ottenuto il brevetto approvato nel 1987. Nel frattempo, il gruppo ha usato la PCR per altre applicazioni progettando le nuove mani di fondo e sonde, che hanno reso la reazione più specifica finché i risultati non fossero evidenti sull'elettroforesi del gel di agarosio.

DNA polimerasi di Taq

Un'innovazione importante in DNA polimerasi è venuto avanti durante l'anno 1969, quando Thomas Brock ha riferito l'isolamento del aquaticus di Thermus, nuove specie di batterio termofilo trovate nelle sorgenti di acqua calda del parco nazionale di Yellowstone. La DNA polimerasi da questo batterio, chiamato la polimerasi di Taq, ha potuto resistere molto alle temperature elevate, a differenza di altre polimerasi disponibili a quel momento.

Dopo che una coppia di tentativi falliti di isolare la DNA polimerasi di Taq, Susanne Stoffel ed il David Gelfand da Cetus definitivo hanno isolato nell'autunno di 1985 e gli esperimenti di Randy Saiki presto dopo provato che la polimerasi di Taq è ideale per il trattamento di PCR. Ha continuato a riferire che il percorso che tagliato la tecnica di PCR al mondo scientifico nell'ottobre 1985 e Mullis ed il suo gruppo ha pubblicato i documenti sulla PCR e sulle sue applicazioni in pubblicazioni principali di scienza. Un brevetto per la PCR facendo uso della polimerasi di Taq è stato registrato nell'ottobre 1990.

Perkin-Elmer e Cetus sviluppano i commputer di PCR

Durante la fine di 1985, Perkin-Elmer e Cetus hanno formato una società a capitale misto per sviluppare i reagenti e gli strumenti per la tecnica di PCR. La lavorazione adi PCR basata Taq lavora seguito e “la DNA polimerasi di AmpliTaq„ era nel novembre 1987 disponibile nel commercio.

PCR applicata alle nuove arene

La PCR è stata usata per quantificare il HIV nel sangue in primavera di 1985. Da ora alla metà del 1987, una prova possibile era disponibile e la PCR è stata usata per studiare l'impatto delle droghe antivirali ed anche per schermare i campioni di sangue erogatori per il HIV.

Nell'ottobre 1985, la PCR è stata usata per analizzare l'anemia faciforme, nella sua prima applicazione clinica.

Lo scienziato di dialettica, Edward Blake si è preso per mano nel 1986 con il FBI ed i ricercatori di Cetus per usare con successo la PCR per l'analisi di prova criminale. Ma non era fino al 1989 che le prove altamente sensibili di impronta genetica Sono state inventate hanno basato sulla tecnica di PCR, rendentegli una parte integrante delle indagini penali.

Nel 1987, il DNA da un mèche di capelli umani è stato ampliato facendo uso della PCR e questo ha confermato la capacità della PCR di ampliare il DNA presente nella parte degradata dei campioni di prova legale.

Mutiplex-PCR è stata descritta per analizzare i prodotti meiotic di ricombinazione nel 1989. Queste amplificazioni della unico copia più successivamente hanno provato cruciale per lo studio di DNA e di genotyping.

Premio Nobel per Kary Mullis

Kary Mullis ha ricevuto il premio Nobel in chimica nell'ottobre 1993, meno di 10 anni dopo l'arrivo della PCR.

Nel dicembre 1989, la polimerasi di Taq è stata nominata “molecola dell'anno„ dalla scienza del giornale. Il documento di PCR di Taq più successivamente si è trasformato nella pubblicazione citata nella biologia e la PCR rappresenta più di 3% di tutte le citazioni su PubMed.

Riassunto

La tecnica di PCR poichè sappiamo oggi è stata concettualizzata e sviluppato stata negli anni 80 da Kary Mullis e dai suoi colleghi a Cetus Corporation. L'isolamento e la depurazione delle polimerasi termostabili di Taq piombo all'automazione della tecnica inizialmente lenta e laboriosa di PCR e lo sviluppo dei cyclers termici programmabili di PCR gli hanno reso una tecnica ampiamente usata a molti livelli di biologia e di chimica.

Sebbene Mullis inventi la PCR, le sue riuscite applicazioni in parecchi campi sono un risultato di molto duro lavoro da altri ricercatori di Cetus quale Henry Erlich. Inoltre, ci sono sfide ai brevetti di PCR tenuti da Mullis hanno basato sui lavori di ricerca in anticipo realizzati da Khorana et al. negli anni 60 e negli anni 70.

Grazie alla sua versatilità straordinaria, oggi, PCR sta utilizzando nei diversi campi quali scienza legale, gli studi ambientali, la tecnologia alimentare e la medicina diagnostica. L'avanzamento massiccio nel corso degli anni nella nostra comprensione del genoma degli esseri umani e di parecchie altre specie non sarebbe stato possibile senza il notevole eppure la tecnica semplice ha chiamato la PCR.

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Last Updated: Aug 23, 2018

Susha Cheriyedath

Written by

Susha Cheriyedath

Susha has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Chemistry and Master of Science (M.Sc) degree in Biochemistry from the University of Calicut, India. She always had a keen interest in medical and health science. As part of her masters degree, she specialized in Biochemistry, with an emphasis on Microbiology, Physiology, Biotechnology, and Nutrition. In her spare time, she loves to cook up a storm in the kitchen with her super-messy baking experiments.

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