Thermocycler (PCR)

Mit den Biometra Thermocyclern bieten wir Ihnen eine ausgewogene Auswahl von PCR-Geräten für unterschiedlichste Applikationsanforderungen.
Alle Biometra Thermocycler wurden für höchste Qualitäts- und Leistungsansprüche  entwickelt und werden in Deutschland nach diesen Maßstäben produziert. Neben den bedienungsfreundlichen Thermocyclern sorgt eine optionale Thermocycler-Management-Software für effiziente und GMP-gerechte, komfortable Laborarbeit. 
Damit Sie sich über Jahre auf Ihre PCR-Ergebnisse verlassen können, unterstützt Sie neben unserem applikativen Support auch unser technischer Service mit verschiedenen Leistungsangeboten und einem eigens entwickelten hochgenauen Temperaturmesssystem.

PCR mit hochwertigen Thermocyclern

Die Polymerase-Kettenreaktion (englisch: Polymerase Chain Reaction, PCR) ist eine molekularbiologische Methode zur „in vitro“-Vervielfältigung der Erbsubstanz DNA. Das Verfahren basiert auf der DNA-Replikation mithilfe von Polymerasen: Dabei handelt es sich um ein Enzym, das die chemische Verknüpfung einzelner Moleküle zu einer Kette ermöglicht. Der Begriff „Kettenreaktion“ beschreibt in diesem Kontext die exponentielle Vervielfältigung der DNA, bei das Produkt jedes Zyklus wiederum als Ausgangsprodukt für den nächsten Zyklus dient.

Die PCR-Methode gehört heute zum Standard-Repertoire der modernen Genetik. Das Verfahren deckt zahlreiche Anwendungsfälle von der medizinischen Diagnostik über die forensische Analyse bis hin zur Forschung in der Biotechnologie ab. Im Labor kommen dabei PCR-Thermocycler zum Einsatz: Diese Geräte sind in der Lage, das für die Kettenreaktion erforderliche Temperaturprofil präzise anhand eines individuell erstellbaren Programms abzufahren. PCR-Thermocycler finden sich in der üblichen Ausstattung von Laboren, die sich der Diagnostik von Viren und Bakterien, der genetischen Forschung oder der Lebensmittelanalyse widmen.

Exkurs: Die Geschichte der PCR

Die PCR wurde 1983 vom Biochemiker Kary Mullis entwickelt, der für diese Erfindung 1993 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Mullis' Idee, den natürlichen Prozess der DNA-Replikation im Labor zu imitieren, revolutionierte die Molekularbiologie. Die Einführung der Taq-Polymerase, eines hitzestabilen Enzyms, das aus dem Bakterium Thermus aquaticus isoliert wurde, machte die PCR-Technologie aber erst effizient und labortauglich. Die Entwicklung der quantitativen PCR (qPCR) sowie weiterer Verfahrensvarianten in den 1990er Jahren haben zusätzlich dafür gesorgt, dass die Polymerase-Kettenreaktion heute eines der zentralen Werkzeuge der modernen Biowissenschaften ist.

Was ist die Polymerase-Kettenreaktion?

Im Kern imitiert die PCR den natürlichen Prozess der DNA-Replikation, der in lebenden Zellen stattfindet. Dabei wird ein einzelner DNA-Strang als Vorlage genutzt, um viele Kopien eines bestimmten Segments zu erstellen. Die Methode nutzt wiederholte Temperaturzyklen, um die DNA in ihre Einzelstränge zu zerlegen (Denaturierung), an spezifische Sequenzen komplementäre Primer anzubinden (Annealing) und mit Hilfe der hitzestabilen DNA-Polymerase (Elongation) neue Stränge zu synthetisieren.

Die wesentlichen Komponenten einer PCR umfassen:

• DNA-Vorlage: Die zu amplifizierende DNA.
• Primer: Kurze, synthetisch hergestellte Oligonukleotide, die spezifisch an den Anfang und das Ende des zu vervielfältigenden DNA-Segments binden.
• DNA-Polymerase: Ein Enzym, das den neuen DNA-Strang anhand der Vorlage synthetisiert. Typischerweise wird Taq-Polymerase verwendet, da sie hohe Temperaturen toleriert.
• dNTPs (Desoxynukleotidtriphosphate): Die Bausteine, aus denen die neuen DNA-Stränge bestehen.
• Pufferlösung: Stellt die notwendige ionische Umgebung und den optimalen pH-Wert für die Polymerase bereit.
• Mg2+-Ionen: Essentiell für die Aktivität der DNA-Polymerase.

Verschiedene PCR-Techniken im Überblick

Die klassische PCR wird auch als Standard-PCR oder Endpunkt-PCR beschrieben. Die Bezeichnung „Endpunkt-PCR“ macht dabei deutlich, dass die Quantifizierung der DNA-Menge bei dieser Verfahrenstechnik erst am Ende erfolgen kann. Das heißt: Während des Verfahrens hat der Anwender keinen Überblick darüber, wie viel DNA vorhanden ist.

Um einen quantitativen Nachweis der DNA während des Verfahrens zu ermöglichen, wurde daher die quantitative PCR entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Endpunkt-PCR, bei der die DNA-Menge in Echtzeit verfolgt werden kann („Realtime-PCR“). Dies wird durch die Zugabe fluoreszierender Farbstoffe erreicht, die an die DNA binden oder spezifische Sonden verwenden, um das während der PCR erzeugte Produkt zu detektieren. qPCR ist besonders nützlich für quantitative Anwendungen, beispielsweise zur Bestimmung der Viruslast in einer Probe oder zur Messung der Genexpression.

Neben den hier genannten Methoden PCR und qPCR gibt es noch weitere PCR-Verfahren. So dient die Reverse Transkriptase PCR (RT-PCR) beispielsweise der Amplifikation von Ribonukleinsäure (RNA)-Sequenzen, während bei der Nested PCR zwei aufeinanderfolgende PCR-Reaktionen zur Erhöhung der Spezifität durchgeführt werden.

Anwendungen für die PCR-Technik

Die PCR hat sich bei einer Vielzahl von Anwendungen bewährt, wobei die Diagnose einer SARS-CoV-2 Virusinfektion über qPCR sicher zu den prominentesten Beispielen der jüngeren Vergangenheit gehört. Darüber hinaus werden PCR-Thermocycler wie die fortschrittliche Biometra TAdvanced-Serie auch in vielen weiteren Bereichen eingesetzt: 

• Medizinische Diagnostik: Die Endpunkt-PCR wird bei der Diagnose von Infektionskrankheiten wie HIV, Hepatitis oder SARS-CoV-2 sowie zur genetischen Diagnostik verwendet. Sie ermöglicht den Nachweis von Erregern oder Mutationen in Genen, die mit Krankheiten wie Krebs oder Erbkrankheiten assoziiert sind.
• Forensik und Archäologie: In der forensischen Analyse wird PCR verwendet, um beispielsweise von Tatorten winzige Mengen von DNA zu vervielfältigen. Dadurch gelingt es, Täter anhand ihrer genetischen Fingerabdrücke zu identifizieren. Darüber hinaus können aber auch sehr alte DNA-Proben, etwa bei der Untersuchung von archäologischen Funden, vervielfältigt und analysiert werden.
• Molekulare Forschung: PCR ist ein zentrales Werkzeug der Genforschung. PCR Thermocycler werden hier verwendet unter anderem in der Erstellung von DNA-Bibliotheken für die Sequenzierung, zum Nachweis von Genen und Mutationen oder zum Klonieren. Auch in der Entwicklung gentechnisch veränderter Organismen oder bei der Herstellung rekombinanter Proteine ist PCR unverzichtbar.
• Agrarwissenschaften: In der Pflanzenforschung wird PCR genutzt, um genetische Marker zu analysieren und Pflanzen auf Resistenz gegen Krankheiten oder Schädlinge zu testen.

Die hier aufgeführten Anwendungen der PCR-Technik stellen die Grundlage für verschiedene Industrien dar. So spielt die Endpunkt-PCR in der pharmazeutischen Industrie eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung neuer Medikamente, insbesondere im Bereich der personalisierten Medizin und Immuntherapie. Dank des Verfahrens können beispielsweise gezielte Behandlungen auf Grundlage des genetischen Profils eines Patienten entwickelt werden.

In der Biotechnologie wird PCR eingesetzt, um genetisch veränderte Mikroorganismen oder Pflanzen zu entwickeln oder um biologische Stoffe für die Lebensmittelindustrie zu produzieren. Auch in der Produktion von Biopharmazeutika wird sie verwendet. 

Hocheffiziente PCR mit Analytik Jena-Thermocyclern

Dank ihrer zahlreichen Vorteile und Anwendungen hat sich die Endpunkt-PCR fest im molekularbiologischen Labor etabliert. Die Anforderungen an einen PCR-Thermocycler sind angesichts der Anwendungsfelder und des zum Teil hohen  Probeaufkommens stark auf effiziente, komfortable Nutzung und  Präzision ausgerichtet. Ideal sind unterschiedliche Probenblockformate und breite Kompatibilität mit Kunststoff-Probengefäßen und -Platten, so dass je nach erforderlichem Probendurchsatz wenige bis hohe Zahlen an Proben prozessiert werden können. Ein übliches Standardformat entspricht einer Blockkapazität von 96 Proben in 0,2 ml-PCR-Gefäßen oder 96-Well-PCR-Platten. Für dieses Format ist die Thermocycler-Serie Biometra TOne eine attraktive Lösung für sehr gute und verlässliche Leistungsdaten. Für mehr Anwendungsflexibilität und noch höhere Ansprüche an Temperiergeschwindigkeiten und Präzision steht die Biometra TAdvanced-Thermocycler-Serie mit ihrem Blockwechsel-Mechanismus zur Verfügung. Probenblöcke aus Silber oder Aluminium und in verschiedenen Formaten decken alle Anforderungen hinsichtlich Probenzahlen und -volumina, Temperaturhomogenität, sowie Heiz- und Kühlraten ab.

Insbesondere den Ansprüchen in der Forschung zur Verarbeitung von wenigen, aber unterschiedlichen Proben wird die Biometra TRIO-Serie mit ihren drei unabhängig arbeitenden Probenblöcken gerecht. 

Für vollautomatisierte Probentemperierungen und PCR kann die Thermocycler-Serie Biometra TRobot II in Automationsanlagen, wie z. B. Liquid Handling-Stationen, vollständig integriert werden.