{"id":37174,"date":"2019-10-31T22:16:11","date_gmt":"2019-10-31T19:16:11","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/umer-nobelevskij-laureat-keri-mullis-izobretatel-polimeraznoj-tsepnoj-reaktsii-dnk\/"},"modified":"2019-10-31T22:16:11","modified_gmt":"2019-10-31T19:16:11","slug":"umer-nobelevskij-laureat-keri-mullis-izobretatel-polimeraznoj-tsepnoj-reaktsii-dnk","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/news\/umer-nobelevskij-laureat-keri-mullis-izobretatel-polimeraznoj-tsepnoj-reaktsii-dnk","title":{"rendered":"Der Nobelpreistr\u00e4ger Carey Mullis ist verstorben \u2013 Erfinder der Polymerase-Kettenreaktion von DNA.","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Der In Kalifornien ist der amerikanische Nobelpreistr\u00e4ger f\u00fcr Chemie Carey Mullis im Alter von 74 Jahren verstorben. Laut seiner Frau trat der Tod am 7. August ein. Grund waren Herz- und Atemversagen aufgrund von Lungenentz\u00fcndung.<\/p>\n

Welchen Beitrag er zur Biochemie geleistet hat und wof\u00fcr er den Nobelpreis erhalten hat, wird uns James Watson, der Entdecker des DNA-Molek\u00fcls, selbst erz\u00e4hlen. <\/p>\n

Auszug aus dem Buch von James Watson, Andrew Berry, Kevin Davis <\/p>\n

DNA. Die Geschichte der genetischen Revolution<\/h2>\n

Kapitel 7. Das menschliche Genom. Lebensszenario<\/h3>\n

\n<\/a><\/noindex>
\n\u2026
\nDie Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde 1983 von dem Biochemiker Carey Mullis, der bei der Firma Cetus arbeitete, erfunden. Die Entdeckung dieser Reaktion war durchaus bemerkenswert. Sp\u00e4ter erinnerte sich Mullis: \u201eEines Freitagabends im April 1983 hatte ich eine Art Erleuchtung. Ich fuhr auf einer von Mondlicht \u00fcberfluteten, kurvenreichen Bergstra\u00dfe in Nordkalifornien, am Rand eines Sequoia-Waldes.\u201c Es ist beeindruckend, dass ihn gerade in solch einer Situation die Inspiration traf. Und es liegt nicht daran, dass die Stra\u00dfen in Nordkalifornien besonders sind und Erleuchtungen f\u00f6rdern; einfach gesagt, seinem Freund war einmal aufgefallen, dass Mullis r\u00fccksichtslos auf einer vereisten Stra\u00dfe mit zwei Fahrspuren raste, was ihn v\u00f6llig unbeeindruckt lie\u00df. Ein Freund sagte der New York Times: \u201eMullis tr\u00e4umte, dass er sterben w\u00fcrde, indem er in einen Sequoia-Baum f\u00e4hrt. Deshalb hat er am Steuer keine Angst, wenn am Stra\u00dfenrand keine Sequoias wachsen.\u201c Die Anwesenheit von Sequoias entlang der Stra\u00dfe lie\u00df Mullis sich konzentrieren und\u2026 da war die Erleuchtung. F\u00fcr seine Erfindung erhielt Mullis 1993 den Nobelpreis f\u00fcr Chemie und wurde seitdem in seinem Verhalten noch merkw\u00fcrdiger. Zum Beispiel ist er ein Bef\u00fcrworter einer revisionistischen Theorie, wonach AIDS nicht mit HIV in Verbindung steht, was seinen eigenen Ruf erheblich sch\u00e4digte und den \u00c4rzten schadete.<\/p>\n

PCR ist eine recht einfache Reaktion. Um sie durchzuf\u00fchren, ben\u00f6tigen wir zwei chemisch synthetisierte Primer, die komplement\u00e4r zu den gegen\u00fcberliegenden Enden verschiedener Str\u00e4nge des gew\u00fcnschten DNA-Fragments sind. Primer sind kurze Abschnitte einstr\u00e4ngiger DNA, jeder etwa 20 Basenpaare lang. Das Besondere an den Primern ist, dass sie den DNA-Bereichen entsprechen, die amplifiziert werden sollen, also der DNA-Matrix. <\/p>\n

\"Der<\/a><\/noindex>
\n(Bild anklickbar) Carey Mullis, Erfinder der PCR<\/i><\/p>\n

Die Spezifit\u00e4t der PCR basiert auf der Bildung komplement\u00e4rer Komplexe zwischen der Matrize und den Primern, kurzen synthetischen Oligonukleotiden. Jeder Primer ist komplement\u00e4r zu einem der Str\u00e4nge der doppelstr\u00e4ngigen Matrize und begrenzt den Anfang und das Ende des amplifizierbaren Bereichs. Tats\u00e4chlich stellt die erhaltene \u201eMatrize\u201c das gesamte Genom dar, und unser Ziel ist es, die f\u00fcr uns interessanten Fragmente daraus zu extrahieren. Zu diesem Zweck wird die doppelstr\u00e4ngige DNA-Matrize f\u00fcr einige Minuten auf 95 \u00b0C erhitzt, damit sich die DNA-Str\u00e4nge trennen. Diese Phase wird als Denaturierung bezeichnet, da die Wasserstoffbr\u00fccken zwischen den beiden DNA-Str\u00e4ngen zerst\u00f6rt werden. Wenn sich die Str\u00e4nge getrennt haben, wird die Temperatur gesenkt, damit die Primer an die einzelstr\u00e4ngige Matrize binden k\u00f6nnen. Die DNA-Polymerase beginnt mit der Replikation der DNA, indem sie sich an einem Abschnitt der Nukleotidkette anlagert. Das Enzym DNA-Polymerase repliziert den Matrizenstrang, wobei es den Primer als Startpunkt oder Vorlage zum Kopieren verwendet. Als Ergebnis des ersten Zyklus erhalten wir eine wiederholte, sequenzielle Verdopplung eines bestimmten DNA-Abschnitts. Anschlie\u00dfend wiederholen wir dieses Verfahren. Nach jedem Zyklus erhalten wir den Zielabschnitt in verdoppelter Menge. Nach f\u00fcnfundzwanzig PCR-Zyklen (also in weniger als zwei Stunden) haben wir den f\u00fcr uns interessierenden DNA-Abschnitt in einer Menge, die 225 Mal die Ausgangsmenge \u00fcbersteigt (wir haben ihn also etwa 34 Millionen Mal amplifiziert). Tats\u00e4chlich bestand unser Eingang aus einer Mischung aus Primern, Matrizen-DNA, dem Enzym DNA-Polymerase und freien Basen A, C, G und T, die Menge des spezifischen Reaktionsprodukts (von den Primern begrenzt) w\u00e4chst exponentiell, w\u00e4hrend die Menge von \u201elangen\u201c DNA-Kopien linear w\u00e4chst, weshalb in den Reaktionsprodukten die Dominanz liegt.<\/p>\n

\"Der
\nAmplifikation des gew\u00fcnschten DNA-Abschnitts: Polymerase-Kettenreaktion<\/i><\/p>\n

Zu Beginn der Verwendung von PCR bestand das Hauptproblem darin, dass nach jedem Heiz- und K\u00fchlzyklus die DNA-Polymerase zur Reaktionsmischung hinzugef\u00fcgt werden musste, da sie bei einer Temperatur von 95 \u00b0C inaktiviert wurde. Daher musste sie vor jedem der 25 Zyklen erneut hinzugef\u00fcgt werden. Das Verfahren zur Durchf\u00fchrung der Reaktion war vergleichsweise ineffizient, zeitaufw\u00e4ndig und erforderte viel Polymeraseenzym, was nicht gerade g\u00fcnstig war. Zum Gl\u00fcck kam der Natur zu Hilfe. Viele Tiere f\u00fchlen sich bei Temperaturen deutlich \u00fcber 37 \u00b0C wohl. Warum ist die Zahl 37 \u00b0C f\u00fcr uns wichtig geworden? Dies liegt daran, dass diese Temperatur optimal f\u00fcr E. coli ist, aus dem urspr\u00fcnglich das Polymeraseenzym f\u00fcr die PCR gewonnen wurde. In der Natur gibt es Mikroorganismen, deren Proteine sich \u00fcber Millionen Jahre der nat\u00fcrlichen Selektion gegen\u00fcber hohen Temperaturen stabiler entwickelt haben. Es wurde vorgeschlagen, DNA-Polymerasen aus thermophilen Bakterien zu verwenden. Diese Enzyme erwiesen sich als thermostabil und waren in der Lage, viele Reaktionszyklen zu \u00fcberstehen. Ihre Verwendung erm\u00f6glichte eine Vereinfachung und Automatisierung der PCR-Durchf\u00fchrung. Eine der ersten thermostabilen DNA-Polymerasen wurde aus dem Bakterium Thermus aquaticus isoliert, das in den hei\u00dfen Quellen des Yellowstone-Nationalparks vorkommt, und wurde Taq-Polymerase genannt.<\/p>\n

Die PCR entwickelte sich schnell zur Hauptarbeitsgrundlage des Projekts \"Humangenom\". Im Grunde unterscheidet sich der Prozess nicht von dem, der von Mullis entwickelt wurde, er wurde lediglich automatisiert. Wir waren nicht mehr auf eine Gruppe leicht sehbehinderter Doktoranden angewiesen, die akribisch Tropfen von Fl\u00fcssigkeit in Plastikr\u00f6hrchen umsch\u00fctten. In modernen Laboren, die molekulargenetische Forschungen durchf\u00fchren, wird diese Arbeit von robotisierten F\u00f6rderb\u00e4ndern erledigt. Die PCR-Roboter, die in gro\u00dfem Umfang an einem Projekt wie dem \"Humangenom\" beteiligt sind, arbeiten unerm\u00fcdlich mit gro\u00dfen Mengen an hitzestabiler Polymerase. Einige Wissenschaftler, die am Projekt \"Humangenom\" mitarbeiten, waren \u00fcber die unangemessen hohen Geb\u00fchren emp\u00f6rt, die der Inhaber des Patents f\u00fcr die PCR, der europ\u00e4ische Industrie-Pharma-Gigant Hoffmann-LaRoche, zu den Kosten f\u00fcr Verbrauchsmaterialien hinzuf\u00fcgt.<\/p>\n

Ein weiteres \u201ebewegendes Prinzip\u201c war die Sequenzierungsmethode von DNA. Die chemische Grundlage dieser Methode war zu jener Zeit bereits keine Neuheit mehr: Das zwischenstaatliche Projekt \u201eHumangenom\u201c (HGP) hatte dieselbe raffinierte Methode \u00fcbernommen, die Fred Sanger bereits in den Mitte der 1970er Jahre entwickelt hatte. Die Innovation lag jedoch im Umfang und im Grad der Automatisierung, die bei der Sequenzierung erreicht wurden.<\/p>\n

Die automatische Sequenzierung wurde urspr\u00fcnglich im Labor von Lee Hood am California Institute of Technology entwickelt. Er beendete die Schule im Bundesstaat Montana und spielte American Football in der Position des Angreifers; dank Hood gewann das Team mehrmals die Staatsmeisterschaft. Die F\u00e4higkeiten zur Teamarbeit kamen ihm auch in seiner wissenschaftlichen Karriere zugute. In Hoods Labor arbeitete eine bunte Gruppe von Chemikern, Biologen und Ingenieuren, und bald wurde sein Labor f\u00fchrend in technologischen Innovationen.<\/p>\n

Tats\u00e4chlich wurden die Methode der automatischen Sequenzierung von Lloyd Smith und Mike Hunkapiller erfunden. Mike Hunkapiller, der damals im Labor von Hood arbeitete, wandte sich an Lloyd Smith und schlug ihm ein verbessertes Sequenzierungsverfahren vor, bei dem die Basen jedes Typs in einer eigenen Farbe gef\u00e4rbt w\u00fcrden. Eine solche Idee k\u00f6nnte die Effizienz des Sanger-Verfahrens um das Vierfache steigern. Bei Sanger, der beim Sequenzieren in jedem der vier R\u00f6hrchen (entsprechend der Anzahl der Basen) unter Verwendung von DNA-Polymerase einen einzigartigen Satz von Oligonukleotiden unterschiedlicher L\u00e4nge bildet, einschlie\u00dflich der Primersequenz. Anschlie\u00dfend wurde Formamid zu den R\u00f6hrchen gegeben, um die Str\u00e4nge zu entfalten, und es wurde Gelelektrophorese in einem Polyacrylamidgel in vier Bahnen durchgef\u00fchrt. In der Variante von Smith und Hunkapiller werden Dideoxynukleotide mit vier verschiedenen Farbstoffen markiert und die PCR in einem R\u00f6hrchen durchgef\u00fchrt. W\u00e4hrend der Gelelektrophorese wirkt ein Laserstrahl an einer bestimmten Stelle des Gels, um die Aktivit\u00e4t der Farbstoffe zu aktivieren, und der Detektor bestimmt, welches Nukleotid gerade durch das Gel migriert. Zun\u00e4chst war Smith pessimistisch eingestellt \u2013 er bef\u00fcrchtete, dass die Verwendung von ultrakleinen Farbstoffmengen dazu f\u00fchren w\u00fcrde, dass die nukleotidischen Abschnitte nicht unterscheidbar w\u00e4ren. Doch da er sich hervorragend mit Lasertechnologien auskannte, fand er bald eine L\u00f6sung, indem er spezielle Fluoreszenzfarbstoffe verwendete, die unter dem Einfluss von Laserstrahlung fluoreszieren.<\/p>\n

\"Der
\n(Vollversion bei Klick<\/a><\/noindex> \u2013 4,08 MB) Kleingedruckt: die DNA-Sequenz, die mit einem automatischen Sequenzierer entschl\u00fcsselt wurde, stammt aus einem Ger\u00e4t zur automatischen Sequenzierung. Jeder Farbe entspricht eine der vier Basen<\/i> <\/p>\n

Im klassischen Ansatz der Sanger-Methode dient einer der Str\u00e4nge der untersuchten DNA als Matrize f\u00fcr die Synthese des komplement\u00e4ren Strangs durch das Enzym DNA-Polymerase. Anschlie\u00dfend werden die DNA-Fragmente in einem Gel nach Gr\u00f6\u00dfe sortiert. Jedes Fragment, das w\u00e4hrend der Synthese in die DNA aufgenommen wird und die Visualisierung der Reaktionsprodukte erm\u00f6glicht, wird mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert, der dem terminalen Nukleotid entspricht (dar\u00fcber wurde auf S. 124 gesprochen); daher wird die Fluoreszenz dieses Fragmentes als Identifikator f\u00fcr dieses Nukleotid verwendet. Danach bleibt nur noch, die Produkte der Reaktion zu detektieren und zu visualisieren. Die Ergebnisse werden mithilfe eines Computers analysiert und in Form einer Sequenz verschiedenfarbiger Spitzen dargestellt, die den vier Nukleotiden entsprechen. Anschlie\u00dfend wird die Information direkt in das Informationssystem des Computers \u00fcbertragen, was den zeitaufwendigen und oft m\u00fchsamen Prozess der Dateneingabe ausschlie\u00dft, der das Sequenzieren erheblich erschwerte.<\/p>\n

\u00bb Mehr \u00fcber das Buch erfahren Sie auf der Verlagswebsite<\/a><\/noindex>
\n\u00bb Inhaltsverzeichnis<\/a><\/noindex>
\n\u00bb Auszug<\/a><\/noindex><\/p>\n

F\u00fcr die Bewohner von Chabro Rabatt von 25% mit dem Gutschein \u2014 PCR<\/b>
\n
Quelle: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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