Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR ermöglicht es, geringste DNA-Mengen millionenfach zu vervielfältigen. Dafür benötigst du die Ausgangs-DNA, Nukleotide (A, T, G, C), eine hitzebeständige DNA-Polymerase $meist Taq-Polymerase$ und zwei Primer, die den zu vervielfältigenden Bereich begrenzen. Ein "Thermocycler" führt das Ganze durch, indem er drei Temperaturphasen bis zu 30 Mal wiederholt.

Jeder PCR-Zyklus läuft in drei Schritten ab: Bei der Denaturierung (95°C) werden die DNA-Doppelstränge aufgespalten. In der Hybridisierung $50-60°C$ lagern sich die Primer an die Einzelstränge an. Bei der Polymerisierung (72°C) verlängert die Taq-Polymerase die Primer mit komplementären Nukleotiden und erzeugt neue DNA-Stränge.

Mit jedem Zyklus verdoppelt sich die DNA-Menge – nach 30 Zyklen hast du aus einem DNA-Molekül theoretisch eine Milliarde Kopien! Die PCR wird vielfältig angewendet: in der Kriminalistik (Täteridentifizierung), für Vaterschaftstests, in der Humangenetik, Paläontologie und Lebensmittelanalytik.

💡 Gut zu wissen: Die PCR wurde 1983 von Kary Mullis entwickelt, der dafür 1993 den Nobelpreis erhielt. Ohne diese Technik wäre moderne DNA-Analyse kaum möglich – und viele CSI-Serien hätten keine Handlung!

Gelelektrophorese

Bei der Gelelektrophorese werden DNA-Fragmente nach ihrer Größe getrennt. Zuerst werden die DNA-Abschnitte mit Restriktionsenzymen zerschnitten und die negativen DNA-Fragmente in Geltaschen gefüllt. Das Gel wird dann in eine Pufferlösung mit Elektroden gelegt.

Sobald Strom fließt, wandern die negativ geladenen DNA-Moleküle zur positiven Anode. Wichtig: Kürzere Fragmente bewegen sich schneller durch das Gel als längere. Es bilden sich Banden gleich langer Moleküle, die durch fluoreszierende Reagenzien sichtbar gemacht werden.

Zur Auswertung vergleicht man die Bandenmuster mit bekannten Standards. So lässt sich bestimmen, wie groß die unbekannten Fragmente sind. Diese Technik ist unverzichtbar für DNA-Vergleiche, etwa bei der Tätersuche oder für genetische Tests.