GP-Skript für WS 2013/2014 (pdf) - in der Biochemie

Versuch: Nukleinsäuren I- Genetischer Fingerprint -
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Versuch: Nukleinsäuren I
1. Versuch Nukleinsäuren I
Genetischer Fingerprint:
DNA Isolierung aus Mundschleimhautzellen und anschließende Multiplex-PCR; Prinzip
des Vaterschaftstests/DNA-Fingerprinting
Betreuung: Philipp Rohne, Christina Weindel
Literatur: Knippers
Theorie zu DNA und PCR
Das Erbgut jedes Menschen ist einzigartig. Es ist eine immer wieder neue Mischung aus
Erbinformationen, die zur Hälfte vom biologischen Vater und zur Hälfte von der
biologischen Mutter stammen. In Form von DNA werden diese Informationen im Kern einer
jeden Körperzelle gespeichert. Aus einigen Blut- oder Mundschleimhautzellen kann diese
DNA isoliert werden, und mit Hilfe eines biochemischen Verfahrens, der
Polymerasekettenreaktion (PCR), können bestimmte, sehr variationsreiche Bereiche
(STR, short tandem Repeats) der DNA vermehrt und sichtbar gemacht werden.
Das DNA-Muster, das man so erhält, bezeichnet man als „genetischen Fingerabdruck“.
Dieser ist, da das Erbgut eines jeden Menschen unterschiedlich ist, auch bei jedem
Menschen somit unterschiedlich. Vergleicht man die genetischen Fingerabdrücke von
Vater, Mutter und Kind, so findet man beim Kind exakt die Hälfte der väterlichen DNA-
Merkmale, während die andere Hälfte mit den mütterlichen Merkmalen übereinstimmt. So
lässt sich im Allgemeinen mit einer Sicherheit von mehr als 99,99% sagen, ob ein Kind
das Kind bestimmter Eltern ist.
Der Nachweis oder Ausschluss einer genetischen Verwandtschaft erfolgt in der Praxis
durch die Analyse von zehn verschiedenen genetischen Merkmalen in einer so genannten
Multiplex-PCR, einem Verfahren, bei dem mehrere verschiedene hypervariable DNA-
Abschnitte gleichzeitig in einem Reaktionsgefäß durch die PCR vervielfältigt werden. Die
elektrophoretische Auftrennung dieser Reaktion findet in einer speziellen, an einen
Computer gekoppelten, Kapillar-Elektrophorese statt.
Aufgrund der hohen Variabilität der untersuchten Merkmalsysteme findet man bei
Menschen unterschiedlich lange DNA-Abschnitte eines Merkmalsystems, eines von der
Mutter und eines vom Vater. Erbt man von beiden Eltern einen gleichlangen
hypervariablen DNA-Abschnitt, wird die betreffende Person als homozygot für dieses
Merkmal bezeichnet. Das individuelle Muster der verschiedenen Allele in den
verschiedenen Merkmalsystemen wird auch als genetischer Fingerabdruck bezeichnet.
Der genetische Fingerabdruck eines Kindes stimmt in jedem Merkmalsystem in einem
Allel mit dem des Vaters und in dem anderen Allel mit der Mutter überein. In Abhängigkeit
von der Häufigkeit eines bestimmten Allels in der Bevölkerung lässt sich mittels
biostatistischer Methoden die Wahrscheinlichkeit einer Vaterschaft berechnen. In unserem
Versuch werden drei DNA-Bereiche auf Homo- oder Heterozygotie und Größe untersucht.
Polymerase Ketten Reaktion
In den letzten Jahren ist die unter dem Namen Polymerase Ketten Reaktion (PCR) zu
einer Standard Labormethode geworden. Die PCR ist eine enzymatische Kettenreaktion,
die Nukleinsäuren in theoretisch unbegrenzter Menge amplifizieren kann. Darüber hinaus
besitzt die PCR eine sehr hohe Empfindlichkeit zum Nachweis für spezifische DNA-
Sequenzen. Das Revolutionierende an der PCR sind die große Zeitersparnis und die
relativ einfache Handhabung der Technik gegenüber herkömmlichen
molekularbiologischen Methoden.
Das Prinzip der PCR beruht auf der exponentiellen Vermehrung eines oder mehrerer
DNA-Stücke. So werden aus einem Ausgangsstück erst 2 Stücke, dann 4, dann 8, 16, 32,
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