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Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und ihr wissenschaftlicher Verwandter, das Klonen exprimierter Gene, sind zwei biotechnologische Durchbrüche der 1970er und 1980er Jahre, die nach wie vor eine wichtige Rolle beim Versuch spielen, Krankheiten zu verstehen. Beide molekularen Technologien bieten Wissenschaftlern die Möglichkeit, auf unterschiedliche Weise mehr DNA herzustellen.
Geschichte
Der Molekularbiologe Kary Mullis revolutionierte die Genforschung, als er im Frühjahr 1983 die Polymerasekettenreaktion (PCR) entwickelte, die ihm 1993 den Nobelpreis für Chemie einbrachte. Dieser Durchbruch folgte der Klonforschung von 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 Klonierung
Klonen bedeutet einfach, einen lebenden Organismus aus einem anderen zu machen und zwei Organismen mit denselben exakten Genen zu erschaffen. Mithilfe der PCR können Wissenschaftler innerhalb von Stunden Milliarden Kopien eines DNA-Stücks herstellen. Obwohl die PCR die Klonierungstechnologie beeinflusst, indem sie große Mengen von DNA produziert, die kloniert werden können, besteht für die PCR die Schwierigkeit einer Kontamination, bei der eine Probe mit unerwünschtem genetischem Material auch repliziert werden kann und die falsche DNA produziert.
Wie PCR funktioniert
Bei der PCR wird die DNA durch Erhitzen aufgespalten, wodurch die DNA-Doppelhelix in separate Einzelstränge zerlegt wird. Sobald diese Stränge getrennt sind, liest ein Enzym namens DNA-Polymerase die Nukleinsäuresequenz und erzeugt 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 Kopien der ursprünglichen DNA erzeugt werden.
So funktioniert das Klonen
Beim DNA-Klonen werden zunächst die Quell- und die Vektor-DNA isoliert und anschließend Enzyme zum Schneiden dieser beiden DNAs verwendet.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 Wirtsorganismuszelle eingeführt, wo sie mitwächst.
Anwendungen
PCR hat sich zu einem Standardwerkzeug in der Forensik entwickelt, da es sehr kleine DNA-Proben für Laboruntersuchungen bei mehreren Straftaten multiplizieren kann. Die PCR ist auch für Archäologen nützlich geworden, um die Evolutionsbiologie verschiedener Tierarten zu untersuchen, einschließlich jahrtausende alter Proben. Die Klonierungstechnologie hat es relativ einfach gemacht, DNA-Fragmente zu isolieren, die Gene enthalten, um die Genfunktion zu untersuchen. Wissenschaftler glauben, dass durch zuverlässiges Klonen die Produktivität der Landwirtschaft gesteigert werden kann, indem die besten Tiere und Pflanzen nachgebildet werden. Außerdem können medizinische Tests genauer durchgeführt werden, indem Testtiere bereitgestellt werden, die alle auf dieselbe Weise auf dasselbe Medikament reagieren.