Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und ihr wissenschaftlicher Verwandter, das Klonen exprimierter Gene, sind zwei biotechnologische Durchbrüche der 1970er und 1980er Jahre, die weiterhin eine bedeutende Rolle bei den Bemühungen Krankheit verstehen. Beide molekularen Technologien geben Wissenschaftlern die Möglichkeit, auf unterschiedliche Weise mehr DNA herzustellen.
Geschichte
Der Molekularbiologe Kary Mullis revolutionierte die Genwissenschaft, als er im Frühjahr 1983 die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) erfand, die ihm 1993 den Nobelpreis für Chemie einbrachte. Dieser Durchbruch kam nach der Klonforschung aus dem Jahr 1902. Bis November 1951, als ein Team von Wissenschaftlern in Philadelphia einen Froschembryo klonte, gab es keine größeren Fortschritte beim Klonen. Der große Durchbruch gelang am 5. Juli 1996, als Wissenschaftler das Lamm „Dolly“ aus einer gefrorenen Brustzelle klonten.
PCR und Klonen
Klonen bedeutet einfach, einen lebenden Organismus aus einem anderen zu machen, wodurch zwei Organismen mit genau den gleichen Genen entstehen. Die PCR ermöglicht es Wissenschaftlern, innerhalb von Stunden Milliarden von Kopien eines DNA-Stücks herzustellen. Obwohl die PCR die Klonierungstechnologie beeinflusst, indem sie große Mengen an klonierbarer DNA produziert, steht die PCR vor der Kontaminationsschwierigkeiten, bei denen auch eine Probe mit unerwünschtem genetischem Material repliziert werden kann und die falsche DNA.
So funktioniert die PCR
Beim PCR-Verfahren wird die DNA durch Erhitzen zerlegt, wodurch die DNA-Doppelhelix in separate Einzelstränge aufgewickelt wird. Sobald diese Stränge getrennt sind, liest ein Enzym namens DNA-Polymerase die Nukleinsäuresequenz und produziert einen doppelten DNA-Strang. Dieser Vorgang wird immer wieder wiederholt, wobei die DNA-Menge in jedem Zyklus verdoppelt und die DNA exponentiell erhöht wird, bis Millionen von Kopien der ursprünglichen DNA erstellt werden.
So funktioniert das Klonen
Das Klonen von DNA beinhaltet zunächst das Isolieren der Quell- und Vektor-DNA und dann die Verwendung von Enzymen, um diese beiden DNA zu schneiden. Als nächstes binden die Wissenschaftler die Quell-DNA mit einem DNA-Ligase-Enzym an den Vektor, das den Spleiß repariert und einen einzelnen DNA-Strang erzeugt. Diese DNA wird dann in eine Zelle des Wirtsorganismus eingeführt, wo sie mit dem Organismus wächst.
Anwendungen
Die PCR ist zu einem Standardwerkzeug in der forensischen Wissenschaft geworden, da sie sehr kleine DNA-Proben für mehrere kriminelle Labortests vermehren kann. Die PCR ist auch für Archäologen nützlich geworden, um die Evolutionsbiologie verschiedener Tierarten zu untersuchen, einschließlich jahrtausendealter Proben. Die Klonierungstechnologie hat es relativ einfach gemacht, DNA-Fragmente zu isolieren, die Gene enthalten, um die Genfunktion zu untersuchen. Wissenschaftler glauben, dass zuverlässiges Klonen verwendet werden kann, um die Landwirtschaft produktiver zu machen, indem die besten Tiere repliziert werden und und auch um medizinische Tests genauer zu machen, indem Versuchstiere bereitgestellt werden, die alle gleich darauf reagieren Arzneimittel.