Der DNA-Nachweis für unterwegs

Eine neue DNA-Amplifikationsmethode, die Sequenzen des Erbguts auf einfache Weise vervielfältigt, haben amerikanische Forscher entwickelt. Die Technik könnte in Zukunft die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) ablösen, die für die medizinische Diagnostik und die Grundlagenforschung von entscheidender Bedeutung ist.

Die PCR vervielfältigt bestimmte Ziel-Abschnitte aus winzigen Mengen DNA, bis sie mit einem Detektor nachweisbar sind. Die Methode ermöglicht nicht nur die Erstellung des genetischen Fingerabdrucks, der Vaterschaftsnachweise erlaubt und die forensische Medizin revolutioniert hat, sondern spielt auch in der genetischen Grundlagenforschung und Diagnostik eine große Rolle, zum Beispiel beim bestimmen der Erregerart oder -zahl. Doch die PCR ist zeitaufwendig und teuer, da ein spezieller Reaktionszyklus in einem Automaten 30 bis 40 Mal wiederholt werden muss. Der Zyklus besteht aus drei Schritten: In der ersten Phase, der Denaturierung, wird der DNA-Doppelstrang durch Hitze (über 90 ºC) in zwei Einzelstränge getrennt. Denn zur Replikation des genetischen Materials muss es einzelsträngig vorliegen. In einer zweiten Phase wird die Temperatur deutlich gesenkt, damit sich das zur Replikation benötigte Enzym, die Polymerase, an die Ziel-Sequenz anlagern kann. Das Enzym repliziert im letzten Schritt, der Elongation, den DNA-Abschnitt vollständig. Danach wird die Temperatur wieder stark angehoben und der Zyklus beginnt erneut. Nach einer Reihe von Zyklen liegt so viel genetisches Material vor, dass weitere Untersuchungen wie Sequenzierung des Abschnitts möglich sind.

Dieser Thermozyklus, der ein großes, aufwendiges Gerät benötigt, macht die Methode teuer und beschränkt sie auf das Labor. Diesen Nachteil hat das neue Verfahren, das Huimin Kong und seine Kollegen von den New England Biolabs in Beverly, Massachusetts, entwickelten, nicht. Die simple Form der PCR verwendet zum Trennen des Doppelstrangs statt Hitze das Enzym Helikase. Dieses hat in jeder Zelle die Aufgabe, DNA vor der Replikation zu „entwickeln“. In ihren Experimenten verwendeten die Wissenschaftler eine Helikase des Bakteriums Escherichia coli, und der gesamte Prozess lief bei 37 ºC ab. Wenn sich die so genannte Helikase-abhängige Amplifikation (HDA) etablieren lässt, könnte sie in Zukunft mit kleinen tragbaren Geräten durchgeführt werden, da sie ohne Thermozykler auskommt. Somit könnten Mediziner Blutunterproben schon im Operationssaal untersuchen und Gerichtsmediziner die DNA von Verdächtigen schon am Tatort bestimmen, schreiben die Forscher in einer Online-Veröffentlichung der Zeitschrift EMBO Reports.