Polymerase-Kettenreaktion

Polymerase-Kettenreaktion,

 

englische Abkürzung PCR [piːsi'ɑː; von englisch polymerase chain reaction], von dem amerikanischen Chemiker K. B. Mullis entwickelte molekulargenetische Methode zur Vervielfältigung von DNA-Abschnitten mit den entscheidenden Vorteilen, dass das zu vervielfältigende Stück DNA nicht in gereinigter Form vorliegen muss und dass kleinste DNA-Mengen genügen, um ausreichende Mengen eines zu untersuchenden Abschnitts zu erzeugen. Der PCR liegt ein sehr einfaches Prinzip zugrunde: In einem ersten Schritt wird die in Doppelsträngen vorliegende DNA durch Erwärmung in Einzelstränge zerlegt (Denaturierung). Nach Zugabe von synthetisch hergestellten, etwa 15 bis 20 Basenpaaren langen, einsträngigen Oligonukleotiden (Primer) wird die Temperatur auf einen Wert abgesenkt, der die Anlagerung der zugegebenen Oligonukleotide an die Enden der zu vervielfältigenden DNA erlaubt (Annealing). Die Spezifität der Reaktion wird dadurch erreicht, dass die Primer in ihrer Nukleotidsequenz komplementär zu den 3'-Enden der DNA, die vervielfältigt werden soll, sind. Nunmehr wird die Temperatur wieder auf 72 ºC erhöht und eine ebenfalls im Reaktionsansatz befindliche thermostabile DNA-Polymerase verlängert die angefangenen DNA-Stücke durch den Einbau jeweils komplementärer Nukleotide. Am Ende dieser Synthese sind aus einem Doppelstrang DNA zwei identische Doppelstränge geworden. Nun werden 30-40 dieser Zyklen (Denaturierung - Primer-Annealing - DNA-Synthese) aneinander gereiht, wobei es jedes Mal zu einer Verdopplung der durch die Primer selektierten DNA kommt, sodass eine millionenfache Anreicherung resultiert. Nachfolgend kann die DNA von den Primern getrennt und für Untersuchungen eingesetzt werden.

 

Die PCR-Methode ist als molekularbiologische Methode für die verschiedensten Bereiche von großer Bedeutung, da nur geringste Probenmengen erforderlich sind. Sie wird in der vergleichenden Sequenzanalyse von Allelen angewendet, weiterhin in der Diagnose von Gendefekten (auch in der pränatalen Diagnostik), zur Erstellung von Genkarten z. B. in der Populationsgenetik, der Evolutionsbiologie und der Taxonomie. In der Medizin wird sie zur raschen Identifikation von Krankheitserregern genutzt; so gibt es mittlerweile PCR-Tests u. a. für HIV, Chlamydien oder das Hepatitis-C-Virus. Außerdem werden mithilfe der PCR-Analytik Aussagen über den Verlauf einer Virusinfektion und auch über den Therapieverlauf und -erfolg möglich. Weitere Anwendungsgebiete sind u. a. die forensische Medizin und die Archäologie.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Gentechnik: DNA-Synthese und PCR