Anwendung und Methode der PCR

Die PCR ist ein Grundprinzip der Gentechnik zur Manipulation von Lebewesen, da sie es ermöglicht, selbst kleinste DNA-Mengen zu vervielfältigen und zu analysieren. Ein typischer PCR-Ansatz enthält:

• Proben-DNA
• Ausreichend Nucleotide (A, T, G, C)
• Hitzestabile DNA-Polymerase
• Zwei DNA-Primertypen

Vocabulary: Primer sind kurze DNA-Sequenzen, die als Startpunkt für die DNA-Synthese dienen.

Die Methode nach Kary Mullis, dem Erfinder der PCR, umfasst folgende Schritte:

1. Denaturierung bei 94°C
2. Hybridisierung bei 50-60°C
3. Verlängerung bei 68-72°C

Highlight: Die Spezifität der PCR wird durch die Verwendung von zwei verschiedenen Primern erreicht, die den zu vervielfältigenden Bereich eingrenzen.

Bei wiederholten PCR-Zyklen entstehen Kopien des gewünschten DNA-Fragments in der richtigen Länge. Diese Methode ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Grundoperationen der Gentechnik und wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt.

Example: Die PCR wird beispielsweise beim genetischen Fingerabdruck, in der Forensik und in der medizinischen Diagnostik verwendet.

Gentechnische Herstellung von Insulin

Die gentechnische Herstellung von Insulin ist ein Paradebeispiel für die praktische Anwendung der Gentechnik in der Medizin. Sie hat die Behandlung von Diabetes revolutioniert und zeigt das Grundprinzip der Gentechnik am Beispiel von Humaninsulin.

Der Prozess umfasst mehrere Schritte:

1. Isolierung des menschlichen Insulin-Gens
2. Einbau des Gens in einen bakteriellen Vektor
3. Transformation von Bakterien mit dem rekombinanten Plasmid
4. Selektion der transformierten Bakterien
5. Kultivierung und Vermehrung der Bakterien
6. Extraktion und Reinigung des produzierten Insulins

Highlight: Die Blau-Weiß-Selektion ist eine wichtige Methode zur Identifizierung von Bakterien, die das rekombinante Plasmid aufgenommen haben.

Example: Vor der gentechnischen Herstellung wurde Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Schweinen gewonnen. Die Herstellung von Insulin früher und heute zeigt den enormen Fortschritt in der Diabetesbehandlung.

Die gentechnische Herstellung von Humaninsulin hat mehrere Vorteile:

• Große Mengen können produziert werden
• Das Insulin ist identisch mit dem menschlichen Hormon
• Geringeres Risiko allergischer Reaktionen
• Kostengünstigere Produktion

Vocabulary: Rekombinante Bakterien sind Bakterien, die genetisch verändert wurden, um ein bestimmtes Protein, in diesem Fall Insulin, zu produzieren.

Ein Flussdiagramm zur gentechnischen Herstellung von Insulin kann den Prozess visuell darstellen und das Verständnis erleichtern.

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR ist eine fundamentale Methode in der Gentechnik zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen. Der Prozess besteht aus drei Hauptschritten, die in Zyklen wiederholt werden:

1. Denaturierung: Erhitzen der DNA auf 90-95°C, um die Doppelstränge zu trennen.
2. Hybridisierung: Abkühlen auf 50-60°C, damit sich Primer an die DNA-Einzelstränge anlagern können.
3. Polymerisation: Erwärmen auf 70-75°C für die optimale Aktivität der Taq-Polymerase, die neue DNA-Stränge synthetisiert.

Definition: Die Taq-Polymerase ist ein hitzestabiles Enzym, das bei hohen Temperaturen DNA synthetisieren kann und daher ideal für die PCR geeignet ist.

Die Anzahl der DNA-Stränge verdoppelt sich in jedem Zyklus, was zu einer exponentiellen Vermehrung führt.

Example: Nach 30 PCR-Zyklen können aus einer einzigen DNA-Kopie theoretisch über eine Milliarde Kopien entstehen.

Die Gelelektrophorese wird oft in Kombination mit der PCR verwendet, um die amplifizierten DNA-Fragmente nach ihrer Größe aufzutrennen und sichtbar zu machen.

Highlight: Die PCR Gelelektrophorese Auswertung ist ein wichtiger Schritt zur Analyse der vervielfältigten DNA-Fragmente und kann Aufschluss über deren Größe und Menge geben.