Karyogrammanalyse und chromosomale Diagnostik

Die Erstellung eines Karyogramms im Lichtmikroskop ist ein wichtiges diagnostisches Werkzeug in der Genetik. Dieser Prozess beginnt mit einer Blutabnahme und der Isolation von Lymphozyten, die dann in einer Zellkultur vermehrt werden.

Der komplexe Prozess der Karyogrammerstellung umfasst mehrere Schritte: Die Zellen werden in der Metaphase durch Colchicin gestoppt, die Chromosomen werden isoliert, gefärbt und fotografiert. Anschließend erfolgt die computergestützte Sortierung nach spezifischen Kriterien wie Größe, Centromerposition und Bandenmuster.

Beispiel: Ein typisches menschliches Karyogramm zeigt 46 Chromosomen: 44 Autosomen und 2 Geschlechtschromosomen, die nach Größe und Struktur geordnet sind.

Die Analyse des Karyogramms ermöglicht die Identifikation chromosomaler Anomalien und ist damit ein wichtiges Instrument in der medizinischen Diagnostik und genetischen Beratung.

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR ist eine revolutionäre Methode zur gezielten Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. Der Prozess läuft in drei temperaturgeregelten Schritten ab: Denaturierung, Annealing und Elongation.

Beispiel: Ein typischer PCR-Zyklus beginnt bei 94°C zur DNA-Denaturierung, gefolgt von 55°C für das Primer-Annealing und 72°C für die DNA-Synthese.

Die Taq-Polymerase, ein hitzestabiles Enzym, katalysiert die DNA-Synthese bei hohen Temperaturen. Nach 30-35 Zyklen wird der gewünschte DNA-Abschnitt millionenfach vermehrt.

Die PCR findet breite Anwendung in der molekularbiologischen Forschung, der medizinischen Diagnostik und der forensischen Analyse. Sie ermöglicht die Analyse kleinster DNA-Mengen und ist damit ein unverzichtbares Werkzeug der modernen Molekularbiologie.

DNA-Sequenzierung: Moderne Methoden der Genomanalyse

Die DNA-Sequenzierung ist ein fundamentaler Prozess in der modernen Molekularbiologie, der es ermöglicht, die genaue Abfolge der Basen in einem DNA-Strang zu bestimmen. Diese Methode wurde revolutionär für das Verständnis genetischer Information und findet heute breite Anwendung in der medizinischen Diagnostik, Evolutionsforschung und Biotechnologie.

Der Sequenzierungsprozess beginnt mit der Hitzebehandlung des zu analysierenden DNA-Strangs, wodurch die Doppelhelix in Einzelstränge aufgetrennt wird. Diese Einzelstränge werden dann in vier verschiedene Reaktionsansätze aufgeteilt, wobei jeder Ansatz spezifische Komponenten enthält: radioaktiv markierte Primer, DNA-Polymerase und DNA-Nucleosid-Triphosphate. Die Besonderheit liegt in der Zugabe verschiedener Didesoxynukleotide (ddATP, ddCTP, ddTTP, ddGTP), die als Kettenabbrecher fungieren.

Definition: Die Kettenabbruch-Methode nach Sanger basiert auf dem kontrollierten Abbruch der DNA-Synthese durch den Einbau von Didesoxynukleotiden, die keine 3'-OH-Gruppe besitzen.

Die entstehenden DNA-Fragmente werden mittels Gelelektrophorese aufgetrennt, wobei kürzere Fragmente schneller durch das Gel wandern als längere. Durch die radioaktive Markierung können die Banden im Gel sichtbar gemacht werden. Die Basensequenz wird von unten nach oben gelesen, wobei jede Bande einer spezifischen Position in der DNA-Sequenz entspricht.

Beispiel: Bei einer Sequenz von 5'-ATCAGCT-3' entstehen in den verschiedenen Reaktionsansätzen DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge, die im Gel als charakteristisches Bandenmuster erscheinen.