Exkurs in die Genetik
Die Analyse des Erbgutes, der dna, ist heutzutage schon weit fortgeschritten. Die modernen Untersuchungen sind bereits für viele Bereiche des Lebens wichtig geworden.
Vor allen Dingen, wenn es beispielsweise um die Identifikation von Personen in der Forensik oder um die Feststellung der Vaterschaft geht, spielt gerade die Polymerase Kettenreaktion eine zentrale Rolle.
Was die PCR (englisch: polymerase chain reaction) genau ist, wann sie helfen kann, ob es Risiken gibt und alle weiteren, wichtigen Informationen zum Thema, finden Sie nachfolgend.
Table of Contents
Polymerase Kettenreaktion
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine polymerase Kettenreaktion?
Die PCR oder Polymerase Kettenreaktion ist ein hoch komplexes genetisches Verfahren, mit dem es möglich ist, Abschnitte eines dna-Stranges zu vervielfältigen. Diese Abschnitte werden in der Fachsprache auch als Gen-Sequenzen bezeichnet.
Wenn genetisches Material in zu geringen Mengen vorhanden ist, um eine aussagekräftiges Resultat zu erhalten, sind die Wissenschaftler in der Lage, mit speziellen Enzymen oder Biokatalysatoren diese Bestandteile zu „vermehren“.
Dabei wird lediglich der in der Natur bei der Fortpflanzung normale Ablauf der Zellteilung im Reagenzglas unter Laborbedingungen nachgeahmt. Dieser Prozess heißt identische Replikation oder Kopie der Erbinformation.
Die Polymerase Kettenreaktion gehört seitens ihrer Grundlagen in die Molekularbiologie. Die komplette Erbinformationen über die EiweißSynthese jedes einzelnen Menschen ist in der dna oder Desoxyribonukleinsäure gespeichert.
dna & Erbgut
Die Menschen tragen in ihren Chromosomen, die sich in der Eizelle der Frau und in den Spermien des Mannes befinden, das Erbgut in Form der dna in sich. Wird dieses Erbgut für verschiedene Zwecke benötigt, dann können einzelne Abschnitte oder sogar einzelne Gene und Teile von diesen kontinuierlich kopiert werden. Diese Technologie basiert auf mehreren Zyklen und biochemischen Reaktionen.
Insgesamt sind es:
- die Denaturierung beziehungsweise die Fällung oder Zerstörung der Eiweißbindung
- die Hybridisierung oder die Anlagerung sogenannter Primer
- die Polymerisation durch Anlagerung der komplementären Basen (dna-Synthese)
- nochmalige Denaturierung
- Wiederholung der dna-Synthese
- Repetition aller Vorgänge, bis das Material reicht
Unterstützung der Diagnose
Welche Diagnosen können durch die Polymerase Kettenreaktion unterstützt werden?
- Bestimmung der Vaterschaft
- Forensik für ein einen genetischen Fingerabdruck von Tätern
- Identifikation von Personen
- einzelne Infektionskrankheiten wie hiv und Hepatitis oder Leberentzündung durch die dna des Virus
- Krebserkrankungen
- Krankheitserreger,die nicht auf Nährböden gezüchtet werden können
- Krankheitserreger, die rasch erkannt werden müssen
- als Kontrollmittel eines Behandlungserfolges
- Früherkennung von Mutationen
- Abklärung von genetischen Dispositionen oder Bereitschaften für verschiedene Krankheiten
- Erfassung von Risikofaktoren für Krebserkrankungen in der Onkologie
Außerdem Erbkrankheiten wie:
- Trisomie 21, Trisomie 13 oder Down-Syndrom
- Hämophilie oder Bluterkrankheit
- Mukoviszidose mit übermäßiger Schleimabsonderung, betrifft die Lungen und die Verdauungsorgane
- Zystische Fibrose Werner- und Walker-Warburg-Sydrom
- Alpha-1-Antitrypsin-Mangel mit Störungen der Funktionstüchtigkeit von Leber und Lunge
- Edwards-Syndrom oder Trisomie 18 und viele andere
Therapie von Krankheiten
Eine Mutation ist eine Veränderung der genetischen Information oder des Erbgutes, die dauerhaft bestehen bleibt. Für diese Zwecke werden in der Diagnostik unterschiedliche Arten der Polymerase Kettenreaktion genutzt. Allerdings ist es so, dass noch längst nicht das gesamte Potenzial dieser Methode ausgeschöpft ist.
dna
Dennoch kann die Polymerase Kettenreaktion in begrenztem Umfang indirekt zur Therapie von Krankheiten genutzt werden. Da die Polymerase Kettenreaktion schon binnen kürzester Zeit Ergebnisse liefert, lässt sich die Behandlung von Erkrankungen besonders frühzeitig einleiten. Gerade bei viralen und bakteriellen Erkrankungen ist das ein immenser Vorzug.
Ein Beispiel dafür ist die Befunderhebung bei der Gürtelrose. Typisch für die Gürtelrose ist, dass die Symptome oftmals sehr schwach ausgeprägt sind. Mit der Polymerase Kettenreaktion kann aber auch in diesem Zustand eine sichere Diagnose gewährleistet werden.
Eine weitere medizinische Anwendung findet die Polymerase Kettenreaktion bei der Behandlung von Defekten am Gelenkknorpel. In diesem Zusammenhang geht es um die Rekonstruktion oder Wiederherstellung geschädigter Knorpelareale in Gelenken durch die Züchtung von passenden Stammzellen mittels Polymerase Kettenreaktion.
Bei Tumoren oder Krebs können die Wissenschaftler mit der Polymerase Kettenreaktion entsprechende Gewebe oder Zellen auf deren Mutationen untersuchen. Die Behandlungsfähigkeit dieser Beeinträchtigungen steigt damit.
Funktion, Wirkung & Ziele
Welche Funktion, Wirkung und Ziele sind bei der Polymerase Kettenreaktion wichtig?
Gene sind Abschnitte einer kompletten dna, in denen die Information für die Herstellung eines bestimmten Eiweißes abgelegt ist. Das geschieht als festgelegte Abfolge der sogenannten Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Alle diese Komponenten sind die Basis für das gesamte Erbgut, das als Genom deklariert wird.
Die PCR bietet einige Vorteile, die vor allen Dingen für die gezielte Diagnostik von Erkrankungen von enormer Bedeutung sind:
- Bestimmte Genabschnitte und Erreger-dna können unmittelbar nachgewiesen werden.
- Die PCR nimmt nur wenigen Stunden in Anspruch.
- Die Polymerase Kettenreaktion zeichnet sich durch eine hohe Spezifität aus.
- Das Verfahren der Polymerase Kettenreaktion gilt als äußerst empfindlich.
- Die PCR kommt mit einem sehr geringen Umfang an Ausgangs-dna aus.
Risiken & Gefahren
Welche Risiken und Gefahren sind mit der Polymerase Kettenreaktion verbunden?
Die Gefahren der Polymerase Kettenreaktion sind in einem großen Problem zu suchen, das durch die Verunreinigung von Proben entsteht. Das kann bereits an der Quelle der Entnahme durch äußere Einflüsse oder durch den Untersucher selbst geschehen. In vielen Fällen verunreinigen auch mikrobielle Keime das jeweilige Material.
Durch die extrem geringen Mengen, die an Substanz für eine Polymerase Kettenreaktion benötigt werden, sind die sich daraus ergebenden Ressourcen riesig. Schwierigkeiten bereiten in diesem Zusammenhang Aspekte wie Irrtümer und bekannte oder nicht bekannte Fehlerquellen.