(August 2003)

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist ein wichtiges Werkzeug für viele Anwendungen. Sie kann z.B. zur Vervielfältigung einer DNA-Probe verwendet werden, wenn nicht genug zum Analysieren vorhanden ist (z.B. eine DNA-Probe von einem Tatort, archäologische Proben), als Methode zur Identifizierung eines Gens von Interesse oder zum Testen auf Krankheiten.

Die Methode verwendet speziell entwickelte Primer, die komplementär zu der zu vervielfältigenden Sequenz sind. Die Primer bilden den Ausgangspunkt für die Verlängerung der DNA durch eine DNA-Polymerase (normalerweise Taq- oder Pfu-Polymerase). Die Amplifikation wird in Zyklen durchgeführt. Zunächst wird die DNA-Probe erhitzt, um die Doppelstränge zu trennen. Die Probe wird langsam abgekühlt, damit die Primer binden können. Dann wird die Probe bei 72 °C bebrütet, damit die DNA-Polymerase die Primer verlängern kann, wodurch ein langer komplementärer DNA-Strang entsteht. Auf diese Weise werden aus einem DNA-Doppelstrang 2, aus 2 werden 4, aus 4 werden 8 usw.

Eine hervorragende Demonstration der PCR finden Sie auf dieser Seite.

Wie wird die PCR eingesetzt?

Die PCR ist zu einem wichtigen Instrument der medizinischen Diagnose geworden. Mit der PCR können Bakterien und Viren nachgewiesen und identifiziert werden, die Infektionen wie Tuberkulose, Chlamydien, virale Meningitis, virale Hepatitis, HIV, Cytomegalovirus und viele andere verursachen. Sobald Primer für die DNA eines bestimmten Organismus entwickelt wurden, ist die PCR ein einfaches Experiment, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Krankheitserregers im Blut oder Gewebe eines Patienten nachzuweisen.

Die PCR wird auch bei Gentests eingesetzt, um festzustellen, ob Patienten eine genetische Mutation tragen, die an ihre Kinder weitergegeben werden könnte (z. B. die Mutation, die Mukoviszidose verursacht), oder um das Krankheitsrisiko der Patienten selbst zu bestimmen (z. B. eine Mutation im Gen BRCA1 prädisponiert eine Frau für Brust- oder Eierstockkrebs). Die PCR wird zur Amplifikation des Gens verwendet, das dann sequenziert wird, um nach Mutationen zu suchen.

Die PCR wird bei der Genomsequenzierung eingesetzt, auch im Rahmen des Humangenomprojekts. Mit Hilfe von zufälligen Primern (keine spezifische Sequenz) kann das gesamte Genom eines Organismus in Teilen amplifiziert werden. Sobald die Teile amplifiziert sind, müssen sie sequenziert und dann wieder zusammengesetzt werden, um die Genomsequenz zu bestimmen.

Wissenschaftler können mithilfe der PCR an alten Proben Informationen über evolutionäre Beziehungen sammeln. Gene von verschiedenen verwandten Organismen werden amplifiziert, sequenziert und dann auf Ähnlichkeiten/Unterschiede analysiert. Wenn zwei Organismen sehr ähnliche Gensequenzen haben, sind sie höchstwahrscheinlich eng miteinander verwandt.

(Art by Fan Sozzi)