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Anwendungen der PCR

Medizinische Anwendungen

Mit einer Polymerase-Kettenreaktion lassen sich Nucleinsäuren praktisch unbegrenzt vermehren. Neben einer reinen Vervielfältigung bestimmter RNA1)- oder DNA2)-Moleküle, für z.B. DNA-Sequenzanalysen oder Klonierungszwecke in der rekombinanten Gentechnologie, sind es vor allem medizinische Anwendungen, für die sich die PCR von unschätzbarem Wert erwiesen hat. Mit dieser Methode lassen sich Gewebe für Organtransplantationen typisieren, Erbkrankheiten nachweisen oder Infektionserreger in der mikrobiellen Diagnostik bestimmen.

Abb.1
Blutprobe

Der große Vorteil der PCR gegenüber herkömmlichen Diagnostik-Verfahren, bei denen ein Infektionserreger entweder über Antikörper detektiert oder kultiviert werden musste, liegt vor allem in der Schnelligkeit. Manche Bakterien wachsen sehr langsam, so dass die Kultivierung dieser Erreger einige Tage benötigen kann und u.U. auch sehr kompliziert ist. Dieses gilt beispielsweise für den Tuberkulose-Erreger Mycobacterium tuberculosum oder für Chlamydien wie Chlamydia trachomatis. Eine PCR liefert hingegen schon nach wenigen Stunden das Ergebnis, so dass der betreffende Patient sofort behandelt werden kann. Zudem ist eine PCR sehr sensitiv und weist bereits 10-100 Erreger/mL Probe sicher nach.

Bei Viren, die sich nur sehr mühsam in Kultur vermehren lassen, erfolgt der Nachweis der Infektion mit herkömmlichen Verfahren über die Identifikation von Virus-spezifischen Antikörpern im Blut des Patienten. Aber auch das hat Nachteile, denn bei immundefizienten Patienten werden oft nur wenig oder keine spezifischen Antikörper gebildet (z.B. bei Patienten mit HIV-Infektionen oder nach einer zytostatischen Therapie). Zudem werden gerade in der Anfangsphase einer Infektion mitunter kaum Antikörper gebildet (diagnostisches Fenster). Außerdem sind Antikörper noch lange nach einer überstandenen Infektionskrankheit im Blut vorhanden. Für eine Therapiekontrolle sind Antikörper daher ungeeignet.

Die Polymerase-Kettenreaktion wird daher auch zur Therapiekontrolle eingesetzt: nach einer Behandlung mit Antibiotika oder mit Interferonen, zur Bestimmung des Infektionsstatus von Neugeborenen HIV3)-positiver Mütter oder in der Pränatal-Diagnostik (z.B. bei einer Infektion der Schwangeren mit Röteln-Viren). Auch die Verwendung von Blutspenden ist viel sicher als noch vor einigen Jahren. Heute werden alle Blutprodukte mit der PCR auf Verunreinigungen mit HI- oder Hepatitis-Viren (HV) untersucht, bevor sie Patienten verabreicht werden, während früher HIV- oder HV-infiziertes Spenderblut oft zu spät erkannt wurde.

Die Diagnostik mittels PCR ist zwar ein sehr sicheres Verfahren, aber dennoch sind falsch negative Resultate möglich. Fehlerquellen sind beispielsweise eine noch zu geringe Anzahl der Infektionserreger in der Probe oder ein derart genetisch veränderter Erreger, dass die Primer nicht mehr an die DNA des Erregers binden können. Andere mögliche Probleme sind eher technischer Natur, wenn z.B. die Patientenprobe Hemmstoffe (Inhibitoren) der DNA-Polymerase enthält oder durch eine Verunreinigung DNA-abbauende Enzyme (DNasen) in den PCR-Ansatz gelangen. Für eine PCR ist daher die Verwendung von DNase- und ggf. auch RNase-freien Einwegmaterialien absolut notwendig.

1)RNA: Ribonucleinsäure
2)DNA: Desoxyribonucleinsäure
3)HIV: humanes Immundefizienz-Virus
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