Sekvenciranje DNK je revolucionisano nakon što su naučnici otkrili novu bakteriju u vrelim izvorima Nacionalnog parka Jelouston, a danas je to uobičajena tehnika istraživanja.
Ova bakterija koja menja igru zove se Thermus akuaticus i može da izdrži temperature do 80°C. To je primer ekstremofila—organizma sposobnog da živi u ekstremnim sredinama kao što su one sa veoma visokim ili veoma niskim temperaturama, visokim nivoom slanosti ili kiselosti, ili visokim pritiskom okoline ili jonizujućim zračenjem.
„Ekstremofili su razvili niz strategija za preživljavanje ili čak napredovanje u neprijateljskim okruženjima“, kaže Ianina Altshuler, docent u EPFL-ovoj laboratoriji za prilagođavanje mikrobioma promenljivom okruženju (MACE).
Njena istraživačka grupa proučava ekstremofile koji žive u krio-okruženjima da bi razumela kako su se prilagodili ultraniskim temperaturama. „Mnogi od ovih organizama proizvode proteine koji su posebno pogodni za hladnoću, kao što su enzimi čija je optimalna temperatura aktivnosti relativno niska“, kaže Altshuler.
Izuzetne sposobnosti ekstremofila dospele su na naslovnice u nekim slučajevima. Na primer, Deinococcus radiodurans, bakterija otkrivena u konzerviranoj hrani 1956. godine, može da izdrži visoke doze gama zračenja. Halomonas titanicae, bakterija izolovana iz olupine Titanika 1991. godine, može da živi u veoma slanim sredinama; njegovo prisustvo ubrzava koroziju metala – do tačke u kojoj bi se metalni delovi olupine mogli potpuno pokvariti.
Thermus akuaticus su otkrili Thomas D. Brock i Hudson Freeze u Nacionalnom parku Iellovstone 1969. Bakterija je poznata po stvaranju proteina nazvanog Tak polimeraza — enzima otpornog na toplotu koji je aktivan na neuobičajeno visokim temperaturama: 70° do 80°C.
To otkriće dovelo je do pronalaska lančane reakcije polimeraze, ili PCR-a (kao u PCR testovima koje smo radili tokom pandemije), koja omogućava naučnicima da odaberu specifične fragmente DNK, a zatim ih umnože praveći veliki broj kopija.
„Uopšteno ne možemo da posmatramo fragmente DNK a da ih ne pojačamo – oni su premali“, kaže Altshuler. Metoda PCR, omogućavanjem takve amplifikacije, otvorila je put da sekvenciranje DNK postane uobičajena praksa u istraživačkim laboratorijama.
Metoda je omogućila mapiranje ljudskog genoma. Takođe se koristi za postavljanje medicinskih dijagnoza, uočavanje genetskih mutacija i podršku istraživanjima u forenzici, poljoprivredi, nauci o životnoj sredini i tako dalje. Takođe je doneo svom pronalazaču, Kariju B. Mulisu, Nobelovu nagradu za hemiju 1993. Pre PCR, proces sekvenciranja DNK bio je veoma dug i prilično skup.
Kako je otkriće Tak polimeraze rezultiralo ovom važnom istraživačkom tehnikom? Da bi pojačali fragment DNK, naučnici treba da ga izlože nizu termičkih ciklusa: prvo se fragment zagreva, što dovodi do njegovog otvaranja, zatim se temperatura snižava tako da enzim može da kopira lanac pre nego što se ponovo zatvori, i ciklus se ponavlja. Dok su najčešći enzimi aktivni na oko 30°C – što je prenisko za ove termičke cikluse – Tak polimeraza može izdržati veće temperature koje su potrebne.