physio-Journal I 2/2019

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DIAGNOSTIK
FÜR DEN PRAXISALLTAG
Text: Susanne Klotz
POLYMERASE-KETTENREAKTION
Herzlich Willkommen zu einem neuen Artikel in der Diagnostik-Reihe.
Nachdem wir in den letzten beiden Ausgaben wortwörtlich
einen Blick ins Innere des Körpers geworfen und das
Spektrum der Endoskopie kennengelernt haben, wenden wir
unseren Blick heute auf Strukturen, die nicht mit dem bloßen
Auge erkennbar sind: unsere Gene. Die Analyse der Gene als
Teilgebiet der Labordiagnostik hat innerhalb, aber auch außerhalb
der Medizin einen wichtigen Stellenwert. Ausgangspunkt
und somit Voraussetzung für einen Großteil der genanalytischen
Verfahren ist die Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase
chain reaction – PCR), mit der wir uns heute näher
beschäftigen werden. Die PCR wurde 1984 von dem US-amerikanischen
Biochemiker Kary Banks Mullis entwickelt, welcher
1993 für diese Entdeckung den Nobelpreis in Chemie erhalten
hat. Sie erlaubt die beliebige Vermehrung (Amplifikation) von
DNA-Sequenzen außerhalb des lebenden Organismus.
GRUNDLAGEN DES AUFBAUS DER DNA
Bevor wir nun also die Komponenten und
den Ablauf der PCR kennen lernen, an dieser
Stelle erstmal eine kurze Wiederholung
des Aufbaus unserer Gene: Die Schlüsselsubstanz
bilden die Makromoleküle Nukleinsäuren,
die zur Herstellung von Eiweißen als
wesentliche Grundbausteine von Organismen
essentiell sind.
In den Nukleinsäuren ist die genetische
Information verschlüsselt, aus welchen Aminosäuren
und in welcher Anordnung die
Proteine aufgebaut sind. Im Prinzip könnt
ihr euch das wie einen Bauplan für Proteine
vorstellen. Die Nukleinsäuren liegen in unseren
Chromosomen in Form von Desoxyribonukleinsäuren
(engl. deoxyribonucleic
acid – DNA) vor. Die DNA besteht aus zwei
gegenläufigen Strängen, die sich umeinander
winden, was der DNA das Aussehen
einer gedrehten Strickleiter verleiht. Diese
Form der DNA wird als Doppelhelix bezeichnet.
Die beiden Stränge setzen sich aus
abwechselnden Zuckermolekülen (Desoxyribose)
und Phosphatresten zusammen. Von
den Zuckermolekülen eines Stranges geht
jeweils eine von vier stickstoffhaltigen Basen
ab, welche ein Paar mit der gegenüberliegenden
Base des anderen Stranges bildet,
wobei sich Adenin (A) mit Thymin (T) und
Guanin (G) mit Cytosin (C) verbindet.
Der Komplex aus einer Base, einem Zuckermolekül
und einem Phosphatrest wird
als Nukleotid bezeichnet. Die Nukleinsäuren
bestehen also aus vielen miteinander
verbundenen Nukleotiden. Da in der DNA
die vier verschiedenen Basen A, T, G und
C enthalten sind, können auch vier Typen
von Nukleotiden unterschieden werden. Die
Zuckermoleküle der Nukleotiden enthalten
u. a. Kohlenstoff-Atome, welche im Uhrzeigersinn
gezählt werden (1’ bis 5’).
An der 3’-Position ist der Zucker mit dem
Phosphatrest des nächsten Nukleotids (an
der 5’-Position) verbunden. Dadurch wird
die Nomenklatur der Positionen der Nukleinsäuren
ermöglicht, da sich der eine Strang
des Doppelstranges vom 5’- zum 3’-Ende
(5’ → 3’-Richtung) und der komplementäre
Strang vom 3’- zum 5’-Ende (3‘ → 5’-Richtung)
orientiert. Diese Reihenfolge ist später
bei der Synthese der neuen DNA im Rahmen
der PCR wichtig, denn die Synthese läuft nur
in 5’ → 3’-Richtung.
E
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