Was ist eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR)?

Genetik, Gesundheit

ddp, Beitrag vom 14. Dezember 2021

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine Technik zur „Vervielfältigung“ kleiner DNA-Abschnitte.

Was ist PCR?

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), manchmal auch als „molekulares Fotokopieren“ bezeichnet, ist eine schnelle und kostengünstige Technik zur „Vervielfältigung“ kleiner DNA-Abschnitte. Da für molekulare und genetische Analysen erhebliche Mengen einer DNA-Probe erforderlich sind, sind Studien an isolierten DNA-Stücken ohne PCR-Amplifikation fast unmöglich.

Die PCR wird oft als einer der wichtigsten wissenschaftlichen Fortschritte in der Molekularbiologie bezeichnet und revolutionierte die Erforschung der DNA in einem solchen Ausmaß, dass ihr Erfinder, Kary B. Mullis, 1993 den Nobelpreis für Chemie erhielt.

Wozu dient die PCR?

Nach der Amplifikation kann die durch PCR hergestellte DNA in vielen verschiedenen Laborverfahren verwendet werden. So stützten sich beispielsweise die meisten Kartierungsverfahren im Rahmen des Humangenomprojekts (HGP) auf die PCR.

Die PCR ist auch für eine Reihe von Labor- und klinischen Verfahren nützlich, z. B. für die Erstellung von DNA-Fingerabdrücken, den Nachweis von Bakterien oder Viren (insbesondere AIDS) und die Diagnose von genetischen Störungen.

Wie funktioniert die PCR?

Um ein DNA-Segment mittels PCR zu amplifizieren, wird die Probe zunächst erhitzt, so dass die DNA denaturiert oder in zwei einzelsträngige DNA-Stücke zerfällt. Anschließend synthetisiert ein Enzym namens „Taq-Polymerase“ zwei neue DNA-Stränge, wobei die ursprünglichen Stränge als Vorlage dienen. Dieser Prozess führt zu einer Verdoppelung der ursprünglichen DNA, wobei jedes der neuen Moleküle einen alten und einen neuen DNA-Strang enthält. Dann kann jeder dieser Stränge zur Herstellung von zwei neuen Kopien verwendet werden, und so weiter und so fort. Der Zyklus der Denaturierung und Synthese neuer DNA wird bis zu 30- oder 40-mal wiederholt, was zu mehr als einer Milliarde exakter Kopien des ursprünglichen DNA-Abschnitts führt.

Der gesamte Zyklus der PCR ist automatisiert und kann in nur wenigen Stunden abgeschlossen werden. Er wird von einem so genannten Thermocycler gesteuert, der so programmiert ist, dass er die Temperatur der Reaktion alle paar Minuten ändert, um die Denaturierung und Synthese der DNA zu ermöglichen.


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