Unterschied zwischen PCR und DNA-Sequenzierung

Hauptunterschied - PCR vs. DNA-Sequenzierung
 

PCR und DNA-Sequenzierung sind zwei wichtige Techniken in der Molekularbiologie. Polymerase Chain Reaction (PCR) ist der Prozess, bei dem eine große Anzahl von Kopien eines DNA-Fragments erstellt wird. DNA-Sequenzierung ist die Technik, die in der genauen Reihenfolge der Nukleotide eines bestimmten DNA-Fragments resultiert. Dies ist der Hauptunterschied zwischen PCR und DNA-Sequenzierung. Die PCR ist einer der wichtigsten Schritte bei der DNA-Sequenzierung.

INHALT
1. Übersicht und Schlüsseldifferenz
2. Was ist PCR?
3. Was ist DNA-Sequenzierung?
4. Side-by-Side-Vergleich - PCR vs. DNA-Sequenzierung
5. Zusammenfassung

Was ist PCR??

Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine DNA-Amplifikationstechnik, die in der Molekularbiologie verwendet wird. Es produziert Tausende bis Millionen Kopien eines bestimmten DNA-Fragments. Dieses Verfahren wurde 1983 von Kary Mullis entwickelt. Bei dieser Technik dient das zu amplifizierende DNA-Fragment als Templat, und das DNA-Polymerase-Enzym fügt dem Primer, der in der PCR-Mischung verfügbar ist, komplementäre Nukleotide hinzu. Am Ende der PCR-Reaktion werden viele Kopien der Proben-DNA synthetisiert.

Es gibt verschiedene Komponenten der PCR-Mischung, einschließlich DNA, DNA-Polymerase (Taq-Polymerase), Primer (Vorwärts- und Rückwärts-Primer), Nukleotide (Bausteine ​​der DNA) und einen Puffer. Die PCR findet in einer PCR-Maschine statt, und die richtige PCR-Mischung sollte in die Maschine geladen und das korrekte Programm ausgeführt werden. Diese Technik ermöglicht die Herstellung von Tausenden bis Millionen Kopien eines bestimmten DNA-Abschnitts aus einer sehr kleinen DNA-Menge.

PCR-Reaktionen laufen zyklisch ab, um die sichtbare Menge an PCR-Produkten auf einem Gel zu erzeugen. An einer PCR-Reaktion sind drei Hauptschritte beteiligt, nämlich Denaturierung, Primer-Annealing und Strangverlängerung (siehe Abbildung 01). Diese drei Schritte treten bei drei verschiedenen Temperaturen auf. DNA existiert in doppelsträngiger Form durch Wasserstoffbrücken zwischen den komplementären Basen. Vor der Implikation sollte doppelsträngige DNA voneinander getrennt werden. Dies geschieht durch eine hohe Temperatur. Bei hoher Temperatur denaturiert doppelsträngige DNA zu Einzelsträngen. Dann sollten sich die Primer den flankierenden Enden des spezifischen Fragments oder des Gens der DNA nähern. Der Primer ist ein kurzes Stück einzelsträngiger DNA, das zur Zielsequenz komplementär ist. Vorwärts- und Rückwärts-Primer glühen mit den komplementären Basen an den flankierenden Enden der denaturierten Proben-DNA bei der Annealingtemperatur. Grundierungen sollten hitzebeständig sein. Sobald Primer mit der Proben-DNA angelagert werden, initiiert das taq-Polymerase-Enzym die Synthese der neuen Stränge durch Zugabe von Nukleotiden, die zur Ziel-DNA komplementär sind. Taq-Polymerase ist ein hitzestabiles Enzym, das aus einem thermophilen Bakterium isoliert wird Thermus aquaticus. PCR-Puffer hält die optimalen Bedingungen für die taq-Polymeraseaktion aufrecht. Diese drei Stufen der PCR-Reaktionen werden wiederholt, um die erforderliche Menge an PCR-Produkt herzustellen. Nach jeder PCR-Reaktion wird die Anzahl der DNA-Kopien verdoppelt. Daher kann eine exponentielle Amplifikation in der PCR beobachtet werden. PCR-Produkte können mittels Gelelektrophorese beobachtet und für weitere Untersuchungen gereinigt werden.

Abbildung 01: Hauptschritte einer PCR-Reaktion

PCR ist ein wertvolles Instrument in der medizinischen und biologischen Forschung. Die PCR hat einen besonderen Wert in der forensischen Wissenschaft, da sie DNA für Studien aus den winzigen Proben von Kriminellen amplifizieren und forensische DNA-Profile erstellen kann. PCR ist in vielen Bereichen der Molekularbiologie weit verbreitet, einschließlich Genotypisierung, Genklonierung, Mutationsdetektion, DNA-Sequenzierung, DNA-Mikroarrays und Vaterschaftstests usw.

Abbildung 02: Polymerasekettenreaktion

Was ist DNA-Sequenzierung??

DNA-Sequenzierung ist die Bestimmung einer genauen Reihenfolge der Nukleotide - Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin in einem gegebenen DNA-Fragment. Genetische Informationen werden in den DNA-Sequenzen in der richtigen Reihenfolge der Nukleotide gespeichert. Daher ist es sehr wichtig, die genaue Reihenfolge der Nukleotide in einem DNA-Fragment zu kennen, um die Struktur und Funktion der Gene zu kennen.

Das DNA-Sequenzierungsprotokoll umfasst verschiedene Prozesse. Der erste Schritt ist die Isolierung von interessierter oder genomischer DNA eines Organismus. Bei Verwendung von PCR (wie oben beschrieben) sollte der gewünschte Bereich der DNA amplifiziert werden. Amplifiziertes PCR-Produkt sollte durch Gelelektrophorese getrennt und gereinigt werden. Amplifizierte Fragmente dienen als Vorlage für die Sequenzierung. Die Sequenzierung kann entweder nach der Sanger-Sequenzierung oder der Hochdurchsatz-Sequenzierungsmethode erfolgen. Die Sanger-Sequenzierung erfordert die Kapillarelektrophorese der resultierenden DNA-Fragmente. Die Bestimmung der korrekten Nukleotidordnung kann durch manuelles Lesen von Autoradiographien oder unter Verwendung automatisierter DNA-Sequenzierer erfolgen.

Die Gensequenzierung trug zum Humangenomprojekt bei und ermöglichte 2003 die Kartierung des menschlichen Genoms. In der Forensik ermöglichte die DNA-Sequenzierung die Identifizierung von Individuen, die einzigartige DNA-Sequenzen aufweisen und die Kriminellen identifizieren. In der Medizin kann die DNA-Sequenzierung dazu verwendet werden, die für genetische und andere Krankheiten verantwortlichen Gene zu erkennen, Defektgene zu finden und durch korrekte Gene zu ersetzen. In der Landwirtschaft werden DNA-Sequenzierungsinformationen einiger Mikroorganismen verwendet, um transgene Kulturen mit wirtschaftlich gewünschten Eigenschaften herzustellen.

Abbildung 03: DNA-Sequenzierung

Was ist der Unterschied zwischen PCR und DNA-Sequenzierung??

PCR vs. DNA-Sequenzierung
Das PCR-Verfahren erstellt Tausende bis Millionen Kopien des interessierten DNA-Fragments.	DNA-Sequenzierung ist der Prozess der Bestimmung der genauen Reihenfolge der Nukleotide in einem gegebenen DNA-Fragment.
Ergebnis
PCR erzeugt Tausende bis Millionen Kopien eines bestimmten DNA-Fragments	Dies führt zu der korrekten Reihenfolge der Basen in einem bestimmten DNA-Fragment.
Beteiligung von ddNTPs
PCR erfordert keine ddNTPs. Es verwendet dNTPs.	Die DNA-Sequenzierung erfordert ddNTPs, um die Strangbildung zu beenden.

Zusammenfassung - PCR vs. DNA-Sequenzierung

PCR und DNA-Sequenzierung sind in vielen Bereichen der Molekularbiologie sehr wichtige Werkzeuge. Die Amplifikation der DNA-Fragmente wird durch die PCR-Technik durchgeführt, während die korrekte Reihenfolge der Nukleotide eines DNA-Fragments durch die DNA-Sequenzierung bestimmt wird. Dies ist der Unterschied zwischen PCR und DNA-Sequenzierung.

Referenz:
1. "Polymerase Chain Reaction (PCR)". Nationales Zentrum für Biotechnologie Information. US National Library of Medicine, n. D. Netz. 21. Februar 2017.
2. Shendure, Jay und Hanlee Ji. "DNA-Sequenzierung der nächsten Generation." Nature News. Nature Publishing Group, 09. Oktober 2008. Web. 21. Februar 2017

Bildhöflichkeit:
1. "PCR Steps" von Tinojasontran - Eigene Arbeit (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Polymerase-Kettenreaktion" von Enzoklop - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
3. "DNA-Sequenz" Von Sjef - Eigene Arbeit (Public Domain) via Commons Wikimedia