17.03.2007, 00:49:26 - [Medizin] - Lukas Brausch
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Bis zum Jahre 1983 war es den Biotechnologen in aller Welt nicht möglich den Grundbaustein des Lebens, die DNA, ohne einen lebenden Organismus zu vervielfältigen.
Doch im selben Jahr wurde erstmals die Methode der PCR („polymerase chain reaction“, Polymerase-Ketten-Reaktion) von Kary Mullis postuliert für deren, die Gentechnik revolutionierende, Entdeckung er 1993 auch den Nobelpreis in Chemie erhielt.
Heute könnte man PCR als Schweizer-Taschenmesser der Molekularbiologie bezeichnen, da sie in vielen verschiedenen Bereichen, wie zum Beispiel bei der Erstellung genetischer Fingerabdrücke, Klonierung von Genen oder der Erkennung von Krankheiten und Infektionen zum Einsatz kommt.

Bei der PCR kommt das Enzym Taq-Polymerase zum Einsatz, das ursprünglich dem unter extremen Bedingungen lebenden Bakterium » Thermus aquaticus entstammt.
Das ist nötig, da übliche DNA-Polymerasen unter den bei der PCR zum Einsatz kommenden Temperaturen denaturieren und somit für die Vervielfältigung der DNA unbrauchbar gemacht würden.
Um mit Hilfe der PCR einen DNA Abschnitt kopieren zu können muss zunächst die DNA isoliert und in einen Reaktionsansatz transformiert werden, welcher unter Anderem zwei verschiedene » Primer und das bereits oben beschriebene Enzym Taq-Polymerase enthält.
Primer bezeichnen hierbei eine Nukleotidsequenz, die DNA-replizierenden Enzymen als Startpunkt der DNA-Verdopplung dienen.

Bei der PCR kommen verschiedene Schritte unter verschiedenen Temperaturen vor, die seit einigen Jahren jedoch innerhalb relativ kurzer Zeit erfolgreich absolviert werden können:
Der Reaktionsansatz wird zunächst auf ca. 95 °C erhitzt um die Disulfidbrücken zwischen den beiden Einzelsträngen aufzubrechen und die DNA zu denaturieren. Das ist wichtig um im folgenden Schritt zwei einzelne Stränge der Erbsubstanz zur Verfügung zu haben, mit denen dann die Hybridisierung der Primer erfolgen kann.
Nach diesem Schritt wird die Temperatur auf etwa 60 °C gesenkt um es den beiden Primern zu ermöglichen an die Komplimentärstränge zu hybridisieren (binden) und das gewünschte DNA-Fragment einzuschließen.
Wenn dies geschehen ist verknüpft die Taq-Polymerase von den Primern ausgehend die beiden Stränge wieder zu einer DNA-Helix. Dieser Vorgang läuft meist bei 72 °C, bzw. der bestmöglichen Temperatur für dieses Enzym, das extreme Bedingungen gewohnt ist, ab.

Die beschriebenen Zyklen der PCR können x-mal hintereinander erfolgen, wobei nach x Durchgängen 2^x DNA-Kopien des gewünschten Fragments vorhanden sind.
Dank moderner Technik ist es mittlerweile möglich die PCR weitgehend autonom von Computern bzw. biologischen Automaten, wie zum Beispiel den » Thermocycler erledigen zu lassen.
Hat man die gewünschte DNA-Sequenz erst einmal in hinreichend großer Menge synthetisiert, so kann diese nun weiter in einem Vektor Verwendung finden und für den » Gentransfer in eine andere Zelle genutzt werden.


Autor: Lukas Brausch
Quellen: Grüne Reihe SII

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