Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist ein Verfahren zur DNA-Vervielfältigung. Die Methode ist nach der DNA-Polymerase benannt, einem Enzym, das den Prozess der DNA-Replikation katalysiert. Kary Mullis entwickelte die Technik im Jahr 1984 und erhielt 1993 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeit.
Anwendungen der PCR
- Gängige Anwendungen der PCR umfassen DNA-Fingerabdrücke (bei denen DNA-Fragmente isoliert und mit bestehenden Daten verglichen werden), die Analyse extrem kleiner Probenmengen (was Wissenschaftlern ermöglicht, ausgestorbene Organismen und verstorbene historische Persönlichkeiten zu rekonstruieren) sowie die Krankheitsdiagnose (einschließlich viraler DNA und Krebsforschung).
PCR-Komponenten
- Notwendige Komponenten und Reagenzien einer PCR-Reaktion sind: genomische DNA (die Vorlage zur Vervielfältigung); zwei Primer (ein Vorwärts- und ein Rückwärts-Primer), die komplementär zur DNA-Vorlagesequenz sind; ein Reaktionscocktail (einschließlich Taq-Polymerase und einer Pufferslösung, die eine lebensfähige Umgebung für die Reaktion bereitstellt); sowie das Substrat für das Taq-Enzym (Nukleotide, die beim „Aufbau“ der einzelnen Stränge helfen).
Schritte der PCR
- Die Schritte der Reaktion sind: Denaturierung (bei der die Temperatur erhöht wird, um die DNA-Vorlagenstränge zu trennen); Anlagerung des Primers (bei der die Temperatur gesenkt wird, um frei schwebende Primersequenzen zum Anhaften an isolierte DNA-Vorlagenstränge zu ermutigen); und Verlängerung (bei der die Taq-Polymerase am Primer haftet und frei schwebende Nukleotide verwendet, um jeden isolierten DNA-Vorlagenstrang zu replizieren). Durch mehrfaches Wiederholen dieses Prozesses wird jede replizierte Sequenz von ihrer ursprünglichen DNA-Vorlage isoliert. Jede Wiederholung erhöht die Menge der replizierten DNA exponentiell, bis eine ausreichende Menge für das gewünschte Experiment vorliegt. Für optimale Temperaturen und andere Bedingungen siehe „Designing PCR Programs“ der Yale University unter Ressourcen weiter unten.
Phasen der PCR
- Die Reaktion kann auch in drei Phasen beschrieben werden: Amplifikation (bei der DNA exponentiell repliziert wird); Level-Off (bei der die Taq-Polymerase an Aktivität verliert); und Plateau (zu dem Zeitpunkt kann im aktuellen Reaktion kein weiteres Produkt mehr hergestellt werden). Für eine interaktive Demonstration der PCR-Reaktion siehe „PCR Virtual Lab“ der University of Utah unter Ressourcen weiter unten.
