Polymerase-Kettenreaktion
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Mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR) die inzwischen eine der wichtigsten Techniken der molekulargenetischen Forschung darstellt, können theoretisch ohne aufwändige Klonierungsschritte unbegrenzt viele Kopien eines DNA-Abschnittes hergestellt werden. Es genügen bereits geringste Spuren, im Extremfall sogar ein einziges DNA-Molekül. Anwendung findet die PCR daher beim Nachweis von Genen aus Gewebeproben für die Gerichtsmedizin (Täteridentifizierung) oder beim Vergleich von DNA-Sequenzen verschiedener Organismen (Vaterschaftstest). Die Vermehrung der DNA läuft dabei in den drei folgenden Schritten ab.
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Vermehrungsschritte
Denaturieren
Der DNA-Doppelstrang wird durch erhitzen auf 94°C in seine beiden Einzelstränge zerlegt. Diese dienen nun als Matritze für die Synthase neuer DNA.
Hybridisieren
Zur Synthese von neuer DNA werden kurtze doppelsträngige Bereiche als Startpunkte benötigt. Kurze künstlich hergestellte Oligonukleotide, sogenannte Primer, deren Basenfolge komplementär zu dem Ende des ui amplifizierenden DNA-Stücks ist, binden in diesem Schritt bei einer etwas niedrigeren Temperatur (je nach Prinzip 50 - 70 °C) an die 3' Enden der einsträngigen Matrize. Durch die Zugabe zweier unterschiedlicher Primer können so Anfang und Ende der vervielfältigten Sequenzen genau definiert werden.
Amplifikation (Polymerisieren)
Ausgehend vom 3'-Ende der Primer synthetisiert die DNA-Polymerase nun aus zugegebenen Nucleotidbausteinen die zum Matrizenstrang komplementäre Sequenz. Dieser Zyklus kann bei speziellen Apperaten bis zu 40 Mal hintereinander ablaufen. Dabei werden die DNA-Abschnitte mit jedem Zyklus exponentiall vermehrt. Man benutzt dazu die besonders hitzestabile Taq-Polymerase aus Thermophilus aquaticus (Tiefseebakterien auas heißen Quellen), die auch bei Temperaturen über 90°C nicht zerstört werden.
