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Die DNA-Extraktion ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem das genetische Material innerhalb von Zellen entfernt und gereinigt wird. Die Analyse von DNA nach der Extraktion kann ein sehr leistungsfähiges Werkzeug sowohl für die Medizin als auch für die Forensik sein, das die Identifizierung und Vergleichung von DNA-Proben sowie das Screening auf verschiedene genetische Erkrankungen ermöglicht.
Die DNA-Analyse ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das die Zuordnung von Haar- und Blutproben von einem Tatort zu Verdächtigen ermöglicht. Sie kann auch in Vaterschaftstests und zum Screening auf genetische Mutationen sowie in der grundlegenden Laborforschung verwendet werden. Die Analyse von DNA wird als Genomik bezeichnet, und in allen Fällen muss die DNA aus Zellen extrahiert werden, um irgendeine Art von Analyse durchzuführen.
Der erste Schritt der DNA-Extraktion besteht darin, die Zellen zu „lysieren“. Das Lysieren der Zelle beinhaltet das Aufbrechen der Zellmembran (und in einigen Fällen einer zusätzlichen Membran, die Zellwand genannt wird). Die Zellmembran umschließt die Zelle und ist dafür verantwortlich, sowohl den Zellkern (wo sich die DNA befindet) als auch den Rest der Zelle intakt zu halten. Das Aufreißen der Membran kann entweder durch Mahlen oder durch Sonikation erfolgen. Beim Mahlen wird physische Gewalt angewendet, um die Zellmembran zu durchbrechen, während bei der Sonikation hochfrequente Schallwellen Löcher in die Membran schlagen.
Der zweite Schritt der DNA-Extraktion besteht darin, Lipide mit einem Detergens zu entfernen. Lipide sind das, was Öle ausmacht, und alle Zellmembranen bestehen hauptsächlich aus Lipiden, die die DNA-Analyse beeinträchtigen können. Die verwendeten Detergenzien sind denen sehr ähnlich, die für die Wäsche verwendet werden. Durch ein geladenes und ein ungeladenes Ende helfen Detergenzien dabei, die Lipide in kleinere Fächer namens Mizellen aufzuteilen, die dann aus der Lösung entfernt werden können.
Schließlich wird die DNA aus der Lösung entfernt, indem ein Alkohol hinzugefügt wird, meist Ethanol oder Isopropanol. DNA-Moleküle sind in diesen Substanzen unlöslich – das eigentliche DNA-Material ist zu geladen, um in diesen relativ unpolaren Verbindungen löslich zu sein. Infolgedessen fallen sie aus, was bedeutet, dass sie nicht mehr gelöst sind und stattdessen als Feststoff auf den Boden der Lösung sinken. Dann kann die DNA mittels Zentrifugation extrahiert werden – wobei eine Maschine das Röhrchen sehr schnell dreht, wodurch die DNA einen festen Pellet am Boden bildet, der dann entfernt werden kann. Dieser Prozess entfernt auch alle Salze oder anderen Substanzen, die in Alkoholen gelöst bleiben können.
Die DNA-Extraktion kann auch verbessert werden, indem einige Schritte zum Prozess hinzugefügt werden, um reinere und höherwertige DNA zu gewährleisten. Eine Gefahr bei der Extraktion ist das Vorhandensein bestimmter Proteine, die dazu wirken, die DNA abzubauen; die Zugabe von Agenten, die als Chelatoren bekannt sind, bindet sich an Calcium- und Magnesiumionen in der Lösung, die für das Wirken dieser Proteine verantwortlich sind. Ebenfalls in der ursprünglichen Lösung vorhanden sind Proteine, die sich an DNA binden und die Probe kontaminieren können. Diese können mit Proteinen entfernt werden, die die gebundenen Proteine abbauen, oder indem sie mit Natriumacetat entfernt werden, wodurch sie aus der Lösung entfernt werden.
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