Er is maar weinig DNA nodig om een DNA-profiel op te stellen. Tegenwoordig is er een techniek die kleine beetjes DNA kan kopiëren, zodat genoeg DNA beschikbaar is voor onderzoek. Deze techniek heet PCR (een afkorting voor het Engelse polymerase chain reaction).
De polymerase chain reaction (PCR) is een veelgebruikte en vaak onmisbare techniek in medisch en biologisch onderzoek. Het woord polymerase in de naam is ontleend aan één van de belangrijkste stoffen die gebruikt wordt in de procedure: DNA-polymerase. DNA-polymerase verdubbelt DNA door aan iedere base de complementaire base te plakken. Met PCR kan een enkel of enkele exemplaren van een stuk DNA dusdanig vermenigvuldigd worden dat miljoenen kopieën ontstaan van het originele stuk DNA.
Toepassing
onderzoekster werkt met PCR
De techniek wordt voor verschillende doeleinden gebruikt. In de medische wetenschap wordt het onder andere gebruikt om bepaalde genen te analyseren zodat erfelijke ziekten kunnen worden gediagnosticeerd of vaderschap vast kan worden gesteld. In de forensische wetenschap wordt het DNA uit DNA-houdende sporen, zoals bloed, met PCR vermenigvuldigd. Van het vermenigvuldigde DNA kan dan een genetische vingerafdruk gemaakt worden die met het DNA-profiel van verdachten of met DNA-profielen uit databases vergeleken kunnen worden. DNA-profielen kunnen zelfs gebruikt worden om evolutionaire verbanden tussen soorten vast te stellen.
Zo werkt het
PCR wordt gebruikt om specifieke delen van het DNA te vermenigvuldigen. Dit kan een enkel gen, een deel van een gen, of een sequentie die nergens voor codeert zijn.
Benodigdheden
De volgende ingrediënten en hulpmiddelen worden gebruikt bij een PCR:
- Geïsoleerd DNA dat het stukje DNA bevat die vermeerderd moet worden.
- Twee primers die complementair zijn aan de DNA regio’s aan de uiteinden van het stukje DNA dat vermeerderd moet worden.
- DNA-polymerase; dit is een enzym dat betrokken is bij DNA-synthese.
- Deoxynucleoside trifosfaten; dit zijn de bouwstenen waaruit DNA-polymerase een nieuwe DNA-streng opbouwt.
- Bufferoplossing; deze oplossing zorgt ervoor dat DNA-polymerase optimaal zijn werk kan doen.
- Epjes; dit zijn kleine buisjes waarin de ingrediënten voor de PCR opgelost worden.
- Een PCR machine; dit apparaat verhit en koelt de epjes zodat in iedere stap deze de juiste temperatuur hebben.
Procedure
De PCR bestaat meestal uit een serie van 20 tot 40 cycli van telkens drie stappen. In iedere stap wordt de temperatuur aangepast. Bij die drie temperaturen gebeurt steeds iets anders.
- In de eerste stap wordt het DNA mengsel verhit tot 94-98 °C. Dit zorgt ervoor dat de waterstofbruggen die de DNA strengen verbinden breken, waardoor de dubbele helix uit elkaar valt en het DNA enkelstrengs wordt.
- Na de eerste stap wordt de temperatuur verlaagd tot 50-65 °C waardoor de primers aan de uiteinden van het te vermeerderen DNA binden. Primers zijn kleine stukjes enkelstrengs DNA met een base volgorde die complementair is aan het te vermeerderen stukje DNA.
- Bij een temperatuur van 75-80 °C bindt DNA-polymerase aan de primers die hun complementair DNA hebben gevonden. DNA-polymerase is een enzym dat ervoor zorgt dat basen aan de opengebroken streng DNA worden verbonden. Op deze manier wordt tussen de primers die aan de opengebroken streng zijn gaan zitten een compleet nieuw stukje DNA gemaakt: de hoeveelheid van het te onderzoeken stukje DNA is verdubbeld.
Herhalen
Door deze drie fasen van een cyclus 20 tot 40 keer te herhalen, wordt in iedere cyclus het gewenste DNA verdubbeld, dit betekent een exponentiele vermenigvuldiging van het DNA. Het hele kleine beetje uit het begin is ineens heel veel DNA geworden!