Wie vermehrt man DNA im Reagenzglas?

Mithilfe der sog. Polymerasen. In der Biochemie sind dies Enzyme, welche die Verdopplung der DNA bei der Zellteilung beschleunigen, ohne sich zu verändern.

Wenn eine Zelle ihre Bestandteile auf zwei Tochterzellen aufteilt, brauchen beide die komplette, doppelsträngige Erbsubstanz (DNA). Hierzu trennt sich die DNA der Mutterzelle auf und die Polymerase (genauer die »DNA-Polymerase«) ergänzt die beiden Einzelstränge zu kompletten Doppelsträngen. Dieser Mechanismus enthält die Möglichkeit zu einer exponentiellen Vermehrung von DNA-Abschnitten. Im Prinzip muss man dafür lediglich die DNA in Einzelstränge auftrennen, Polymerase und Nucleinsäuren zugeben und dann die neu entstandenen Doppelstränge derselben Prozedur unterwerfen – nach 30 Schritten erhält man dadurch 230 DNA-Moleküle, das sind über eine Milliarde Kopien der Ausgangssequenz! In der technischen Umsetzung wird das DNA-Polymerase-Gemisch zunächst auf etwa 94 °C erhitzt, was die DNA aufspaltet. Im zweiten Schritt lagern sich bei Temperaturen um 60 °C sog. Primer an die Enden der DNA-Sequenz an. Dies sind Markierungsmoleküle, welche der Polymerase anzeigen, dass sie mit ihrer Kopiertätigkeit beginnen soll. Bei wieder höherer Temperatur um 80 °C beginnt die Polymerase, den Bereich zwischen den Primern mit Nucleinsäuren zu füllen. Das erzeugt schließlich wieder vollständige DNA-Stränge. Allerdings: Manche Polymerasen zerfallen bei hohen Temperaturen. Dies umgeht man heute, indem man Polymerase verwendet, die von Bakterien stammt, welche normalerweise in vulkanischen Quellen leben.