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Anwendungen der PCR

PCR-Diagnostik in der Paläontologie

Abb.1
Insekt

In den letzten Jahren wurde die Polymerase-Kettenreaktion immer häufiger eingesetzt, um Verwandtschaftsbeziehungen zwischen ausgestorbenen und heute existierenden Arten zu klären. Erst diese Technologie ermöglichte die Vervielfältigung von nur in wenigen Kopien vorliegendem und oft durch Zeit und Lagerbedingungen beschädigtem Erbmaterial aus uraltem Probenmaterial, z.B. Mumien, im Eis konservierten Mammuts oder in Bernstein eingeschlossenen Insekten.

Weltweit beschäftigen sich nur wenige Labore, die sich auf die Untersuchung der so genannten "ancient DNA" spezialisiert haben, mit diesen Fragen - nicht zuletzt, weil die Isolierung der fossilen DNA so extrem kompliziert ist. In Deutschland ist das vor allem das Labor von Svante Pääbo am Max-Planck-Institut in Leipzig. Dieses Labor führt überhaupt keine PCR-Analysen mit modernen DNA-Proben durch, um die Gefahr einer Kontamination möglichst gering zu halten. Zu oft in der Vergangenheit haben sich vermeintlich aufsehenerregende Ergebnisse als PCR-Resultat einer Verunreinigung herausgestellt, wenn in den betreffenden Laboren trotz Beachtung aller Vorsichtsmaßnahmen moderne und fossile DNA an gleicher Stelle bearbeitet wurden.

Das Problem mit fossilen DNA-Proben

Abb.2
Menschlicher Schädel

Bisher liegt die Altersgrenze für fossile DNA-Proben, die sich noch sicher in der PCR replizieren lassen, bei ca. 50.000 Jahren (jungquartäres Material). Das entspricht einem evolutionsbiologisch relativ kurzen Zeitraum angesichts der Tatsache, dass bereits vor etwa 200.000 Jahren der moderne Mensch Afrika verlassen und sich vor etwa 6 Millionen Jahren die Linie der Affen von der Linie der Menschen abgespalten hat. Daher besteht großes Interesse daran, noch ältere fossile DNAs über eine PCR zu vermehren, um die Evolutionsgeschwindigkeit, die Abspaltung von Arten oder die Anpassung des Menschen an spezielle Umweltfaktoren untersuchen zu können.

Die Arbeit mit diesen extrem alten DNAs hat allerdings ihre Tücken - viele Moleküle sind weitgehend abgebaut und mit PCR-hemmenden Substanzen versehen. Zudem ist die Gefahr einer einzigen kontaminierenden DNA allein aufgrund der Handhabung der Probe durch den Wissenschaftler extrem hoch, gemessen daran, dass die DNA oft mit viel Mühe und unter nicht sterilen Bedingungen von der Umgebung präparativ getrennt werden muss. Eine strenge Kontaminationskontrolle ist daher für Arbeiten in diesem Gebiet unerlässlich. Oft wird aus diesem Grund eine z.B. fossile Knochenprobe an zwei Stellen des Materials entnommen und in unterschiedlichen Laboren von verschiedenen Arbeitsgruppen amplifiziert - die Wahrscheinlichkeit, dass dabei das gleiche falsche Ergebnis erzielt wird, ist extrem gering. Aber selbst das kommt vor - wenn beispielsweise ein Tier vor seinem Tod mit heute unbekannten Bakterien infiziert war, kann es durchaus sein, dass statt der tierischen DNA die bakterielle DNA im PCR-Ansatz landet und entsprechend amplifiziert wird.

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