Was ist die Polymerase Kettenreaktion (PCR)? Eine Definition

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist ein enzymatisches Amplifikationsverfahren, mit dem eine große Anzahl identischer Kopien eines DNA-Fragments hergestellt werden kann. Die Abkürzung PCR stammt von der englischen Version dieser Verfahren: polymere chain reaction.

Die PCR ermöglicht es, aus weniger als einem Piktogramm eines Gens mehrere hundert Mikrogramm DNA zu gewinnen, was einer Amplifikation in der Größenordnung von einer Milliarde entspricht. Auf diese Weise können winzige Mengen eines Gens so vermehrt werden, dass man sie anschließend besser nachweisen kann.

Funktionsweise der PCR

Grundlegend wird dabei der Mechanismus der DNA-Vermehrung kopiert, der auch bei Zellteilungen vorkommt: Ein DNA-Strang wird aufgespalten, sodass zwei halbe Stränge vorliegen. Anschließend wird an jedem dieser halben Stränge die fehlende Hälfte neu gebildet. Als Ergebnis liegen zwei vollständige DNA-Stränge vor. In der PCR wird dieser Ablauf mehrmals wiederholt.

Eine PCR besteht aus drei Schritten:

• Denaturierung: Die beiden DNA-Stränge werden durch Erhitzen (95 °C) getrennt
• Hybridisierung: Durch Absenken der Temperatur (50-70 °C) werden Primer, die aus DNA-Fragmenten bestehen, an die DNA-Stränge hybridisiert
• Elongation: Ein Polymeraseenzym, die Taq-Polymerase, vervollständigt die Synthese des DNA-Strangs aus dem Primer mithilfe der im Reaktionsmedium vorhandenen Oligonukleotide

Ein Thermocycler oder Cycler ermöglicht die Automatisierung der PCR-Reaktion, indem er aufeinanderfolgende Zyklen von Temperaturanstieg und -abfall programmiert.

Anwendungen der PCR

Die PCR ist insbesondere dann nützlich, wenn man über genetisches Material in geringer Menge oder in schlechtem Zustand verfügt. Um manche Krankheiten sicher nachzuweisen, ist beispielsweise eine größere Menge DNA von Krankheitserregern nötig, als in einer Speichel- oder Blutprobe zu finden ist. Mithilfe der PCR wird sie vermehrt, um anschließend eindeutig nachgewiesen werden zu können.

Testergebnisse werden dadurch nicht verfälscht. Denn wenn eine Probe von einer gesunden Person stammt, enthält sie keinerlei DNA von Krankheitserregern. Deshalb kann sie auch nicht vermehrt werden; das Testergebnis wird also auch nach der PCR negativ ausfallen.

Die PCR findet zahlreiche Anwendungen in:

• dem Klonen und der Gensequenzierung
• der Diagnose von genetischen Krankheiten
• der Nachweis von Mutationen
• die Proteinbestimmung
• der Nachweis von GVOs (genetisch veränderten Organismen)
• die Identifizierung von Individuen (forensische Wissenschaft)
• die Bestimmung der Abstammung
• die gerichtete Mutagenese (mithilfe mutierter Primer)
• die Markierung von DNA (insbesondere in der Grundlagenforschung)
• die Untersuchung von Fossilien.

Urhebender Autor: Céline Deluzarche