Polymerasekettenreaktion

Polymerasekettenreaktion, PCR (englisch polymerase chain reaction), gentechnische Methode zur Vermehrung eines definierten DNA-Fragments (siehe Nucleinsäuren).

Das Verfahren wurde 1983 von Kary Mullis erfunden. Der Kettenreaktion liegt folgendes Prinzip zugrunde: Man synthetisiert zunächst zwei kurze DNA-Sequenzen (Oligonucleotide), die nach den Regeln der Basenpaarung komplementär zu den beiden Enden des zu vervielfältigenden DNA-Abschnitts sind (siehe Molekularbiologie). Die DNA, welche die zu vermehrende Sequenz enthält, wird zunächst durch langsames Erhitzen auf 94 °C in die beiden Einzelstränge aufgetrennt. Die beiden Oligonucleotide hybridisieren mit den Enden der Einzelstränge der denaturierten DNA. Dabei setzt man das Enzym DNA-Polymerase zu. Dieses Enzym vervollständigt nach Temperatursenkung, ausgehend von den kurzen Sequenzen der Oligonucleotide, die Gegenstränge der beiden offenen DNA-Stränge. Im Ergebnis sind nun zwei Exemplare des ursprünglichen DNA-Moleküls vorhanden.

Durch ständige Wiederholung des Verfahrensablaufs werden die nächsten Verdopplungszyklen eingeleitet. Auf diese Weise kann man aus geringsten Ausgangsmengen innerhalb kurzer Zeit Millionen identische Kopien des DNA-Fragments herstellen. Der bei der Methode verwendete Typ von DNA-Polymerase ist die so genannte Taq-Polymerase, die das wiederholte Erhitzen toleriert.

Die Polymerasekettenreaktion ermöglicht, ähnlich wie die Genklonierung, die Anreicherung großer Mengen eines bestimmten DNA-Abschnitts. Sie hat zur Vereinfachung vieler gentechnischer Verfahren geführt. PCR findet in der Grundlagenforschung der Biologie und Medizin breite Anwendung. In der medizinischen Diagnostik dient die Methode vor allem zum Nachweis von Krankheitserregern und zur pränatalen (vorgeburtlichen) Untersuchung. Bei der Krebsdiagnose hat die PCR insofern eine wichtige Funktion, als es genügt, aus krebsverdächtigem Gewebe mit der so genannten Feinnadelpunktion kleinste Gewebemengen zu entnehmen. Das ist schonend für den Patienten und vermindert erheblich das Risiko, dass bei der Punktion Krebszellen aus dem Verband des Tumorgewebes abgelöst werden, die anderswo Tochtergeschwülste (Metastasen) bilden können.

Die Evolutionsbiologie bedient sich der PCR, um aus winzigen Spuren Material für genetische Vergleiche zu bekommen. So konnten beispielsweise aus den Überresten von Vorzeitmenschen und Mumien gewonnene Nucleinsäurespuren mit Hilfe der PCR-Methode zu größeren DNA-Mengen vervielfältigt werden, die dann für weitere Untersuchungen zur Verfügung standen. Nach demselben Prinzip geht die forensische Biologie vor, die in der Kriminalistik eingesetzt wird (Rechtsmedizin). Geringste Überreste von Schweiß, Speichel, Blut oder Samen am Tatort genügen, um ausreichend DNA für einen genetischen Fingerabdruck zu erhalten. Gerade weil die PCR auf feinste DNA-Spuren reagiert, muss bei der Probeentnahme und beim Einsatz des Verfahrens im Labor mit größter Sorgfalt vorgegangen werden. Ist das zu untersuchende Material mit geringen Mengen anderer DNA-Sequenzen verunreinigt, kann das Untersuchungsergebnis verfälscht werden.