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Einführung in die PCR

Einführung in die Polymerase-Kettenreaktion

Die Entwicklung der Polymerase-Kettenreaktion, polymerase chain reaction oder abgekürzt auch PCR genannt, ist ein Meilenstein der molekularbiologischen Forschung. Mit dieser Methode konnte erstmalig genetisches Material (die DNA1)) in großem Maßstab enzymatisch vervielfältigt werden. Während früher größere Mengen einer DNA in einer aufwändigen Prozedur aus Gewebezellen, Bakterien oder Viren isoliert und gereinigt werden mussten, kann mit der PCR ein Molekül in einem sich wiederholenden Prozess mit einem Enzym so lange kopiert werden, bis genügend Material für weitere Analysen zur Verfügung steht. Aus einem einzigen Molekül entstehen nach nur 20 Zyklen über eine Million identische Kopien.

Abb.1
Heiße Quellen - Lebensraum für thermophile Bakterien
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Als Kary B. Mullis 1983 die Idee der PCR in die Realität umsetzte, fehlte allerdings noch eine wichtige Komponente. Die ersten Experimente wurden mit dem Enzym DNA-Polymerase aus Darmbakterien durchgeführt, das wie die meisten Proteine bei Temperaturen über 45 °C sehr schnell seine Aktivität verliert. Da jeder PCR-Zyklus mit einem Erhitzungsschritt beginnt, musste in jeder Verdopplungsrunde nach dem Erhitzen der Probe erneut Enzym für die Vervielfältigung zugegeben werden.

Diese umständliche Prozedur vereinfachte sich entscheidend durch die Entdeckung der hitzestabilen Polymerasen, die auch bei Temperaturen von annähernd 100 °C noch aktiv sind und aus evolutionsbiologisch sehr alten, in heißen Quellen lebenden Archebakterien stammen.

Das PCR-Verfahren eröffnete völlig neuartige Anwendungsmöglichkeiten: Speichelreste oder ein kleiner Fleck Blut reichen aus, um einen Menschen, z.B. bei Vaterschaftstests oder in der Forensik, in kurzer Zeit mit nahezu 100%iger Sicherheit zu identifizieren.

In der Paläontologie lässt sich die Abstammung des Menschen und die Wanderung der Völker aus Knochenresten rekonstruieren oder ein prähistorisches Tier mit heutigen Artgenossen vergleichen.

Ein gentechnisch synthetisiertes oder verändertes DNA-Molekül kann praktisch unbegrenzt identisch kopiert und für zahllose Analysen eingesetzt werden, und das ohne großen zeitlichen Aufwand dank der vollautomatischen PCR-Geräte.

1)DNA: Desoxyribonucleinsäure
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