De bacterie Thermus aquaticus kan groeien bij hoge temperaturen. De hittebestendige enzymen zijn daarom zeer geschikt voor het maken van DNA-analyses.
Beeld: Imageselect
Tijdens de zomer van 1969 verkende een groep onderzoekers van de Indiana University de warmwaterbronnen van Yellowstone National Park, op zoek naar micro-organismen die konden overleven in extreme omgevingen. Een van deze onderzoekers – microbioloog Thomas D. Brock – was geïnteresseerd in het bestuderen van de thermofiele bacteriën die in de warmwaterbronnen leefden. Toen hij op een dag monsters aan het verzamelen was van een hete bron in de buurt van de Old Faithful-geiser, merkte Brock iets ongewoons op. Het water in de bron was kokend heet, maar er groeide een slijmerige laag op de rotsen en boomstammen aan de rand van de bron. Geïntrigeerd verzamelde Brock een monster van dit slijm en nam het mee naar het lab waar hij hieruit een nieuwe bacteriesoort isoleerde die hij Thermus aquaticus noemde. Hij realiseerde zich al snel dat deze bacterie anders was dan alles wat hij eerder had gezien: hij kan groeien bij temperaturen tot 75°C!
Revolutie
Pas in de jaren 1980 werd de ware waarde van Thermus aquaticus duidelijk. In 1983 probeerde een groep onderzoekers van Cetus Corporation, een biotechnologiebedrijf in Californië, een nieuwe methode te ontwikkelen om DNA te vermenigvuldigen. Terwijl Kary Mullis, een chemicus die bij Cetus werkte, van een bar naar huis reed, bedacht hij een hypothetische techniek, die hij de polymerasekettingreactie (Polymerase Chain Reaction of PCR) noemde, waarbij DNA achtereenvolgens wordt verwarmd en gekoeld om het in grote hoeveelheden te repliceren. Bij deze reactie wordt het DNA eerst verhit tot ongeveer 95°C zodat de twee strengen waaruit het DNA is gemaakt uit elkaar splijten. In een volgende stap zal een ‘polymerase’-enzym het enkelstrengige DNA kopiëren. Door deze stappen te herhalen, ontstaat een kettingreactie die voldoende DNA oplevert om te kunnen bestuderen. Aanvankelijk had men echter moeite om een enzym te vinden dat bestand was tegen de hoge temperaturen en temperatuurschommelingen nodig voor dit proces. Toen herinnerde Mullis zich dat hij had gelezen over Thermus aquaticus en zijn hittebestendige enzymen. Hij stelde voor om de DNA-polymerase van T. aquaticus te isoleren en te gebruiken voor het PCR-proces en ontdekte dat dit perfect werkte.
PCR maakt het veel gemakkelijker om DNA te bestuderen zodat veel genetische ziekten nauwkeurig en vroeg kunnen worden vastgesteld
De ontdekking van T. aquaticus-polymerase (dikwijls afgekort tot ‘Taq-polymerase’) en de PCR-techniek brachten een revolutie teweeg in de moleculaire biologie. PCR maakt het veel gemakkelijker om DNA te bestuderen zodat veel genetische ziekten nauwkeurig en vroeg kunnen worden vastgesteld, mensen geïdentificeerd kunnen worden in de forensische wetenschap, genetisch gemodificeerde organismen kunnen worden ontwikkeld en nog veel meer. Voor de ontdekking van PCR ontving Mullis in 1993 de Nobelprijs voor Scheikunde.
Microbe van de maand is een initiatief van en werd mogelijk gemaakt door de Young Belgian Society for Microbiology.
