DNA-Amplifikation (PCR)

Die Erbinformation aller Lebewesen, liegt in Form von fadenförmigen Molekülen, der DNS. Das DNS-Molekül besteht aus zwei langen Einzelsträngen von Nukleinsäuren, die zu einer Doppelhelix gewunden sind, in den Zellen. Das ist vergleichbar mit einem Reißverschluss, allerdings mit vier verschiedenen „Zähnen“, den Nukleotiden (Nt). Diese werden durch physikalische Kräfte, den Wasserstoffbrücken, zusammengehalten. Die DNS von Viren ist klein, (2000 Nukleotide, bei einer Länge von weniger als ein tausendstel Millimeter). Bei Menschen ist die Erbinformation in den einzelnen Zellen auf 46 Chromosomen verteilt, die DNS einer menschlichen Zelle ist zwei Meter lang! Die gesamte DNS eines Lebewesens zu bestimmen ist deshalb bisher nur bei niederen Lebewesen vollständig gelungen.

Kleinere, aber genau definierte DNA-Abschnitte können molekularbiologisch gezielt mittels der sogenannten PCR vervielfältigt (amplifiziert) werden. Hierbei wird im ersten Schritt die doppelsträngige DNA bei 95°C in die zwei Einzelstränge aufgeschmolzen. Danach binden bei 65°C Startermoleküle (Primer) an die DNA. Ein hitzestabiles Enzym, die DNA-Polymerase, verlängert den Primer durch Anlagerung von Nukleotiden, wobei der vorhandene Einzelstrang als Vorlage dient und zu Doppelsträngen ergänzt wird.

Schematische Darstellung der Einzelschritte bei der Vervielfältigung von DNA-Abschnitten (grüne und blaue Farbe) mittels PCR. Erläuterungen siehe Text. Bild vergrößern Schematische Darstellung der Einzelschritte bei der Vervielfältigung von DNA-Abschnitten (grüne und blaue Farbe) mittels PCR. Erläuterungen siehe Text.

Diese Schritte werden mehrfach wiederholt. Nach jedem Zyklus ergibt sich eine erneute Verdoppelung (2-4-8-16 usw.), nach 30 Wiederholungen können über 1 Million neuer DNA-Kopien entstehen.

Schematische Darstellung der Verdopplung der DNA. Durch mehrfache Wiederholung eines solchen Zyklus können millionenfache Kopien eines DNA-Abschnittes hergestellt werden. Bild vergrößern Schematische Darstellung der Verdopplung der DNA. Durch mehrfache Wiederholung eines solchen Zyklus können millionenfache Kopien eines DNA-Abschnittes hergestellt werden.

Diese Kopien umfassen in der Regel DNA-Stücke von 100 bis 400 Nukleotiden. Die Amplifikation dieser DNA-Abschnitte d.h. das wiederholte Durchlaufen der PCR-Zyklen lässt sich automatisieren und findet im sogenannten Thermocycler statt.

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