PCR & qPCR Thermocycler

Entdecken Sie unsere große Produktvielfalt an leistungsstarken PCR- sowie hocheffizienten Real-Time-PCR-Thermocyclern für die Amplifikation und Quantifizierung von Nukleinsäuren.

Unsere PCR- und Real-Time PCR-Thermocycler sind auch als vollautomatische Systeme für vollautomatisierte Workflows erhältlich.

Über die gesamte Nutzungsdauer Ihrer Geräte unterstützen wir Sie mit unseren Dienstleistungen rund um Applikationsberatung, Temperaturkalibrierung, Wartung und Qualifizierungs-Services.

PCR & qPCR – effizienter Nachweis von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind die „Schlüsselmoleküle“ des Lebens. Diese Bezeichnung ist keineswegs übertrieben, denn die biologischen Moleküle speichern genetische Informationen ab und sorgen dafür, dass die Weitergabe und Nutzung genetischer Informationen in Zellen funktioniert. Kurzum: Nukleinsäuren speichern den genetischen Bauplan aller Lebenswesen und ermöglichen die Umsetzung dieses Bauplans in Proteine für zelluläre Prozesse.
Die Erkenntnisse über die Bedeutung von Nukleinsäuren haben auch in der biomedizinischen Analytik und Molekularbiologie eine große Bedeutung erlangt. In der Forensik, der Diagnostik, der Genforschung und in weiteren Gebieten erlaubt die Analyse von Nukleinsäuren weitreichende Erkenntnisse und eröffnet neue Diagnosemöglichkeiten. Zu den bekanntesten Verfahren gehören PCR und qPCR:

• Die PCR (Polymerase-Kettenreaktion) ist ein Verfahren, um spezifische DNA-Abschnitte in kurzer Zeit millionenfach zu vervielfältigen. Dabei durchläuft die Erbsubstanz in wiederholten Zyklen in einem Thermocycler ein vorgegebenes Temperaturprogramm und wird mithilfe von DNA-Polymerase in einer Kettenreaktion exponentiell amplifiziert. Die PCR-Technologie ermöglicht es, kleinste Mengen an DNA zu vervielfältigen, was die Grundlage für den Nachweis von Erbkrankheiten, die Identifizierung von Virusinfektionen sowie die Überprüfung genetischer Fingerabdrücke und Abstammungsgutachten bildet.
• Die qPCR (quantitative PCR) oder Real-Time PCR erweitert das klassische PCR-Verfahren, indem sie die DNA-Menge während des Vervielfältigungsprozesses in Echtzeit misst. Dabei werden fluoreszierende Marker verwendet, um die Menge der amplifizierten DNA zu bestimmen Die qPCR ermöglicht somit die Analyse der Genexpression und die Bestimmung der Viruslast in einer Probe.

PCR & qPCR haben sich als hochsensitive analytische Verfahren vor allem bei Anwendungen mit sehr geringen Probenmengen bewährt. Im Gegensatz zu Sequenzierungsverfahren liefern PCR und qPCR häufig schneller Ergebnisse, da sie keine vollständige Sequenzierung erfordern, sondern spezifische DNA-Abschnitte gezielt vervielfältigen und quantifizieren. Mit modernen Hochdurchsatzgeräten sparen Labore durch den Einsatz dieser Methoden wertvolle Zeit und Ressourcen.

Die Grundlagen von Nukleinsäuren-Amplifikation und -Quantifizierung

Um sehr kleine Mengen an DNA oder RNA qualitativ und quantitativ zu analysieren, müssen diese zunächst amplifiziert werden. Das bedeutet, dass geringste Spuren der Nukleinsäuren vervielfältigt werden, um sie so in Messgeräten erfassen zu können. Eine der bekanntesten Methoden zur Vervielfältigung von Nukleinsäuren ist das PCR-Verfahren.

Der PCR-Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

1. Denaturierung: Die DNA wird auf hohe Temperaturen erhitzt, wodurch sich die beiden Stränge voneinander trennen, ähnlich wie ein Reißverschluss, der geöffnet wird. Dies ermöglicht den Zugang zu den Einzelsträngen für die nachfolgenden Schritte.
2. Primer-Anlagerung: Nach dem Abkühlen binden kurze DNA-Stücke, die sogenannten Primer, an die Enden der zu vervielfältigenden DNA-Bereiche. Diese Primer fungieren als Startpunkte für die DNA-Synthese und bestimmen die Zielregionen der Vervielfältigung.
3. Verlängerung: Eine spezielle Enzymmaschinerie namens DNA-Polymerase fügt neue DNA-Bausteine an die Primer an und baut so die fehlenden Stränge nach. Dadurch wird die DNA verdoppelt.

In der modernen Laborpraxis wird der hier beschriebene PCR-Prozess auf Thermocyclern durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein Gerät, dass die temperaturabhängigen Reaktionen der PCR vollautomatisch und präzise ablaufen lässt. Der Heizblock des Thermocyclers steuert dabei die verschiedenen Temperaturen und Zeiträume jeder Phase des PCR-Prozesses. Zunächst wird im Schritt der Denaturierung eine hohe Temperatur von 94 °C bis 98 °C angewendet, um die DNA-Stränge voneinander zu trennen. Für die Primer-Anlagerung wird die Temperatur dann auf ca. 50 °C bis 65 °C gesenkt, bevor die Synthese neuer DNA-Stränge bei etwa 72 °C erfolgt.

Die Kettenreaktion durchläuft 20 bis 40 Mal Zyklen, wobei sich die DNA-Menge mit jedem Zyklus verdoppelt. Mithilfe verschiedener Verfahren wie der Gel-Elektrophorese lässt sich das DNA-Fragment dann nachweisen. Da dieser Nachweis erst nach dem Amplifikationsprozesses erfolgt, wird die Methode auch als Endpunkt-PCR bezeichnet.

Hochmoderne PCR-Thermocycler wie die Biometra TAdvanced Serie erzielen heute in Laboren eine sehr hohe Temperaturhomogenität entlang des gesamten Prozesses, sodass die PCR-Kettenreaktionen zuverlässig reproduziert werden können. 

Die quantitative PCR (qPCR) ist eine Weiterentwicklung des PCR-Verfahrens, die im Gegensatz zur Endpunkt-PCR die Menge der DNA während des Verfahrens in Echtzeit messen kann. Die Methode wird daher auch als Realtime-PCR bezeichnet und bietet den Vorteil, dass Veränderungen in der Genexpression oder der Viruslast in Proben kontinuierlich überwacht werden kann. Bei der qPCR werden während der Vervielfältigung der Nukleinsäure spezielle Fluoreszenzfarbstoffe oder Sonden hinzugefügt, die an die DNA binden. Die dabei entstehenden Fluoreszenzsignale können bei jedem Zyklus mithilfe eines Detektors gemessen werden. Je mehr DNA produziert wird, desto stärker wird das Signal. Dank der Methodik lässt sich also nachweisen, wie viel Nukleinsäure zu Beginn in der Probe enthalten war. So lässt sich zum Beispiel die Viruslast in einem Corona-Test nachweisen.

In der modernen Laborpraxis kommen sowohl manuelle als auch vollautomatische Real-Time-PCR-Thermocycler zum Einsatz, die neben einer hohen Temperaturgenauigkeit auch eine hohe Detektionsgenauigkeit und Quantifizierung der Nukleinsäurekonzentration bieten. Die bewährte qTOWER-Serie von Analytik Jena überzeugt durch flexible Gestaltungsmöglichkeiten, von der Auswahl der Verbrauchsmaterialien bis hin zur Anpassung der Farbmodule. Diese Vielseitigkeit macht die qTOWER-Serie zur idealen Wahl für unterschiedlichste Anwendungen in der quantitativen PCR.
 

Anwendungsfelder von PCR- und qPCR-Verfahren

Die PCR- und qPCR-Technik ist heute in vielen Zweigen von Forschung, Wissenschaft, Diagnostik sowie auch bei landwirtschaftlichen und umweltanalytischen Anwendungen weit verbreitet. Als hochsensitives und zuverlässiges Verfahren hat sich die Methode unter anderem bei folgenden Anwendungen etabliert:

• Klinische Diagnostik: Bei der klinischen Diagnostik unterstützt die PCR- und qPCR-Technik beispielsweise beim Nachweis von Krankheitserregern wie Viren (z.B. SARS-CoV-2) oder Bakterien (z.B. Mycobacterium tuberculosis). Darüber hinaus eignet sich das Verfahren auch zur Diagnose genetischer Störungen wie Mukoviszidose oder Huntington-Krankheit.
• Krebsforschung: In der Krebsforschung erlauben Thermocycler die Identifizierung von genetischen Mutationen, die mit Krebs assoziiert sind, z.B. BRCA1/2-Mutationen.
• Forensik: Bei der Tatortanalyse haben PCR-Verfahren einen festen Stellenwert. So ermöglichen Thermocycler die Identifizierung von Personen durch DNA-Analyse an biologischen Spuren wie Haaren, Speichel oder Blut.
• Landwirtschaft:  Ein typisches landwirtschaftliches Einsatzgebiet für PCR-Verfahren ist beispielsweise die Züchtung neuer Pflanzen – dabei unterstützt die Methode bei der Identifizierung von Genen, die für bestimmte Merkmale verantwortlich sind. 

Neben den hier genannten Anwendungen gibt es weitere Bereiche, in denen die Vorteile des Verfahrens genutzt werden, dazu gehören beispielsweise der Nachweis und die Identifizierung von Mikroorganismen in Lebensmitteln oder die Untersuchung der Wirkung neuer Medikamente auf die Genexpression in der Pharmaforschung.