Polymerase-Kettenreaktion 1983 – die Druckerpresse des genetischen Materials

Als der Biochemiker Kary Mullis 1983 auf einer kalifornischen Autobahn unterwegs war, kam ihm die Idee, einen mikroskopisch kleinen Strang genetischen Materials milliardenfach zu vervielfältigen. Das Verfahren wurde seither in unzähligen medizinischen Anwendungen eingesetzt. Aus der Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase Chain Reaction – PCR) wurde eine Milliardenindustrie, doch Mullis erhielt von seinem Arbeitgeber lediglich eine Prämie von 10000 Dollar. Vielleicht war der Nobelpreis, den er zehn Jahre später bekam, für ihn ein großartiger Trostpreis.

Wissenschaftler benötigen für ihre Arbeit in der Regel DNA einer bestimmten genetischen Sequenz in einer gewissen Menge. Die bahnbrechende PCR-Technik kann jedoch mit nur einem einzigen DNA-Molekül in einer Lösung beginnen. Dabei hilft das Enzym Taq-Polymerase, das DNA kopiert und auch beim Erhöhen der Temperatur in der Lösung intakt bleibt. (Taq-Polymerase wurde aus einem Bakterium isoliert, das aus einer heißen Quelle im Yellowstone-Nationalpark der USA stammte.) Der Mischung werden außerdem Primer zugesetzt. Dies sind kurze DNA-Abschnitte, die vor und hinter der untersuchten Sequenz an die Proben-DNA binden. 

In wiederholten Heiz- und Kühlzyklen erzeugt die Polymerase rasch immer mehr Kopien der Proben-DNA zwischen den Primern. Der Temperaturwechsel ermöglicht, dass sich die DNA-Stränge für den Kopiervorgang wiederholt trennen und anschließend wieder zusammenlagern. 

PCR wird auf vielen Gebieten eingesetzt:

• Nachweis von Krankheitserregern in Lebensmitteln
• Diagnose genetischer Erkrankungen
• Bestimmung der HIV-Virusmenge bei AIDS-Patienten
• Vaterschaftstests
• Ermittlung von Straftätern anhand von DNA-Spuren am Tatort
• Untersuchung von DNA aus Fossilien

Außerdem spielte PCR beim Fortschritt des Humangenomprojekts eine wichtige Rolle.

Die Medizinjournalistin Tabitha Powlege schreibt:

„PCR leistet für genetisches Material das, was die Erfindung der Druckerpresse für Schriftgut bewirkte: Sie macht das Kopieren einfach, kostengünstig und zugänglich.“ 

Die New York Times beschreibt Mullis’ Erfindung folgendermaßen:

„Die Biologie lässt sich in zwei Zeitalter einteilen: vor und nach PCR.“

Historische Personen in diesem Beitrag: Kary Banks Mullis (geb. 1944)

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