PCR oder Polymerase-Kettenreaktion ist eine Technik zur Amplifikation von DNA-Sequenzen.Es wurde erstmals in den 1980er Jahren von Kary Mullis entwickelt, der für seine Arbeit 1993 den Nobelpreis für Chemie erhielt.PCR hat die Molekularbiologie revolutioniert und ermöglicht es Forschern, DNA aus kleinen Proben zu amplifizieren und im Detail zu untersuchen.
PCR ist ein dreistufiger Prozess, der in einem Thermocycler stattfindet, einer Maschine, die die Temperatur einer Reaktionsmischung schnell ändern kann.Die drei Schritte sind Denaturierung, Annealing und Extension.
Im ersten Schritt, der Denaturierung, wird die doppelsträngige DNA auf eine hohe Temperatur (normalerweise etwa 95 °C) erhitzt, um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen, die die beiden Stränge zusammenhalten.Dadurch entstehen zwei einzelsträngige DNA-Moleküle.
Im zweiten Schritt, dem Annealing, wird die Temperatur auf etwa 55 °C gesenkt, damit sich die Primer an die komplementären Sequenzen der einzelsträngigen DNA anlagern können.Primer sind kurze DNA-Stücke, die so gestaltet sind, dass sie den interessierenden Sequenzen auf der Ziel-DNA entsprechen.
Im dritten Schritt, der Extension, wird die Temperatur auf etwa 72 °C erhöht, damit die Taq-Polymerase (eine Art DNA-Polymerase) aus den Primern einen neuen DNA-Strang synthetisieren kann.Die Taq-Polymerase stammt von einem Bakterium, das in heißen Quellen lebt und den hohen Temperaturen bei der PCR standhalten kann.
Nach einem PCR-Zyklus sind das Ergebnis zwei Kopien der Ziel-DNA-Sequenz.Durch Wiederholen der drei Schritte über mehrere Zyklen (typischerweise 30–40) kann die Anzahl der Kopien der Ziel-DNA-Sequenz exponentiell erhöht werden.Das bedeutet, dass selbst eine winzige Menge der Ausgangs-DNA amplifiziert werden kann, um Millionen oder sogar Milliarden Kopien zu produzieren.
PCR hat zahlreiche Anwendungen in Forschung und Diagnostik.Es wird in der Genetik zur Untersuchung der Funktion von Genen und Mutationen, in der Forensik zur Analyse von DNA-Beweisen, in der Diagnose von Infektionskrankheiten zum Nachweis des Vorhandenseins von Krankheitserregern und in der Pränataldiagnostik zum Screening auf genetische Störungen bei Föten eingesetzt.
PCR wurde auch für den Einsatz in einer Reihe von Variationen angepasst, beispielsweise für die quantitative PCR (qPCR), die die Messung der DNA-Menge ermöglicht, und für die Reverse-Transkriptions-PCR (RT-PCR), die zur Amplifikation von RNA-Sequenzen verwendet werden kann.
Trotz ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten weist die PCR Einschränkungen auf.Es erfordert Kenntnisse über die Zielsequenz und den Entwurf geeigneter Primer und kann fehleranfällig sein, wenn die Reaktionsbedingungen nicht richtig optimiert werden.Bei sorgfältiger Versuchsplanung und -durchführung bleibt die PCR jedoch eines der leistungsfähigsten Werkzeuge in der Molekularbiologie.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22. Februar 2023