Molekularbiologische Methoden des genetischen Fingerabdrucks

Molekularbiologische Methoden des genetischen Fingerabdrucks
Die Gelelektrophorese
Ausgangs-Material: Gemisch von DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge in einem Gefäß
Ziel der Gelelektrophorese: Auftrennung eines Gemischs von Makromolekülen und Anordnung der
Fragmente nach ihrer Größe
Ergebnis auf Gel: Doppelsträngige DNA-Fragmente der Größe nach geordnet
Die Gelelektrophorese trennt Makromoleküle auf der Basis ihrer Wanderungsgeschwindigkeit
durch ein Gel unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
Wie in Abbildung a) zu sehen ist, werden Gemische von DNA-Fragmenten unterschiedlicher Größe
in die Taschen an einem Ende des dünnen Plattengels gegeben. Das Gel aus Agarose (Zucker) wird
durch Glasplatten gestützt und steht in einer wässrigen Pufferlösung. An beiden Enden sind
Elektroden angebracht, und eine Spannung wird angelegt (Anode +, Kathode –). Das elektrisch
geladene Feld bewirkt die Wanderung geladener Moleküle durch das Gel.
Die Geschwindigkeit der Fortbewegung der Fragmente im Gel wird durch die Ladung und die
Größe des Moleküls bestimmt.
Weil DNA negativ geladen ist (Phosphatgruppen), wandern die DNA-Fragmente zur positiven
Elektrode. Das Gel enthält ein mikroskopisch kleines Netzwerk aus Poren und wirkt wie ein
„Molekularsieb“. Das Gel setzt den wandernden Molekülen also einen Widerstand entgegen.
Größere Fragmente wandern dabei langsamer, da sie von der Matrix des Gels stärker behindert
werden als die kleineren. Je kleiner ein Molekül ist, desto weiter wandert es im Gel in einer
bestimmten Zeit. Bei Nukleinsäuren ist die zurückgelegte Wegstrecke nach Einschalten des Stroms
umgekehrt proportional zur Länge der Fragmente.
Nach einiger Zeit sind die Fragmente auf dem ganzen Gel verteilt. Sie bilden eine Leiter aus
einzelnen Banden, die sich jeweils aus mehreren DNA-Molekülen identischer Länge
zusammensetzen. Je weiter ein Fragment von den Taschen aus durch das Gel gelaufen ist, desto
kleiner ist es. Bei mehreren Proben liegen gleich große Fragmente nebeneinander auf einer Höhe im
Gel. Die DNA-Banden auf Gelen sind unsichtbar, solange sie nicht markiert oder angefärbt werden.
Man benutzt heutzutage Sequenz-Gele, die eine solch hohe Auflösung haben, dass bereits DNAFragmente getrennt werden, die sich in ihrer Länge nur um drei bis vier Nukleotide unterscheiden.