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Lexikon der Chemie: Polymerase-Kettenreaktion

Polymerase-Kettenreaktion, Abk. PCR, von engl. polymerase chain reaction, ein in-vitro-Verfahren zur selektiven Anreicherung (um den Faktor 106-108) einer beliebigen genomischen DNA-Sequenz aus einem Gemisch von Nucleinsäuremolekülen. Dabei wird die Eigenschaft von DNA-Polymerasen genutzt, bei Anwesenheit eines kurzen, doppelsträngigen Primers einen Einzelstrang zum Doppelstrang aufpolymerisieren zu können. Zur PCR benötigt man zwei synthetisch hergestellte Oligodesoxynucleotid-Primer mit 15-30 Nucleotiden (Gensynthese), deren Sequenzen zu den Anfangs- und Endsequenzen zu jeweils einem der beiden zu amplifizierenden DNA-Stränge komplementär sind und unter geeigneten Bedingungen an jeweils einem der beiden DNA-Stränge hybridisieren.

Die PCR läuft in drei, sich wiederholenden Reaktionsschritten ab: 1) Denaturierung der Doppelstrang-DNA (Erwärmen auf 94 °C) – es werden Einzelstränge erhalten. 2) Zugabe der Primer-Nucleotide und Abkühlung auf 50 °C. Dabei hybridisieren die Primer-Nucleotide mit den Enden der Einzelstrang-DNA und verhindern die Wiedervereinigung (engl. reannealing) der DNA-Einzelstränge. 3) Nach Temperaturerhöhung auf 72 °C erfolgt die Zugabe eines Gemisches der vier Desoxynucleotid-5'-triphosphate und einer hitzestabilen DNA-Polymerase. Die Polymerase ergänzt die DNA-Einzelstränge zwischen den beiden mit Primern besetzten Enden zum Doppelstrang. Das Produkt sind zwei neue, doppelsträngige DNA-Moleküle. Die drei Schritte Hitze-Denaturierung – Primerannealing – Aufpolymerisierung zum Doppelstrang können mehrfach wiederholt werden. Nach 20 Zyklen erreicht man theoretisch eine 106fache Anreicherung des zwischen den beiden Primern liegenden DNA-Bereiches. Durch den Einsatz der hitzestabilen DNA-Polymerase kann das Verfahren automatisiert werden.

Die PCR ermöglicht u. a. die cDNA-Klonierung, ist für vergleichende Sequenzanalysen gut geeignet und findet breite Anwendung in der Diagnostik von Gendefekten, der Genkartierung, Taxonomie und vielen anderen Bereichen.

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