Amplifikation (Genetik)

Unter Amplifikation versteht man in der Genetik die gezielte Vermehrung von DNA-Abschnitten. Amplifikation spielt als Verfahren in der Molekulargenetik eine bedeutende Rolle, findet aber auch natürlich in Zellen statt. Die Vermehrung des ganzen Genoms (Polyploidisierung) ist keine Amplifizierung im eigentlichen Sinne, da auch große DNA-Mengen ohne Relevanz vervielfältigt werden.

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Amplifikation als Technik

Die bedeutendste Technik der DNA-Vermehrung ist die Polymerase-Kettenreaktion, siehe auch dort.

Amplifikation in der Natur

Die gezielte Vermehrung von DNA ist auch ein natürlicher Prozess. Sie dient dazu die Aktivität einzelner Gene bei Bedarf zu steigern.

Man hat bei mehreren Lebewesen, z.B. beim Gelbrandkäfer (Dytiscus marginalis) oder beim Krallenfrosch (Xenopus laevis) herausgefunden, dass sie ribosomale DNA extrachromosomal amplifizieren können. Dies geschieht vor allem bei Eizellen, da dort der Bedarf an Ribosomen stark erhöht ist. Die Amplifizierung erfolgt, indem die rDNA herausgeschnitten und zirkularisiert wird. Die rDNA-Ringe werden dann durch rolling circle-Replikation vermehrt und gleichen somit den Mangel wieder aus.

Ein weiteres Beispiel der natürlichen Amplifikation liefern die Gene für die Eihülle (Chorion) in den Follikelzellen von Drosophila melanogaster. Vor den Genen liegt ein unidirektionaler origin of replication (ori). Dieser bewirkt, dass nur die Gene selektiv repliziert werden, während andere Genombereiche in der alten Anzahl verbleiben. Die Replikation setzt an den Genen gleich mehrfach an, sodass es im Elektronenmikroskop wieder eine Zwiebelschalenstruktur aussieht, weswegen man auch von onion skin replication spricht. Die Choriongene werden dabei versechzehnfacht, um für das rasante Ei-Wachstum genug Proteine zu liefern.

Zu einer Amplifikation kann es „als Reaktion“ von manchen Onkogenen gegen Cytostatika kommen. Bei der Therapie von Krebs werden als Cytostatikum oftmals Mittel benutzt, die die Produktion der Nukleobasen oder deren Ausgangsstoffe verhindern. Die Krebszellen reagieren darauf mit der Amplifikation derjenigen Genbereiche, deren Genprodukte durch die Cytostatika gehemmt oder blockiert werden. Die Amplifikation geschieht intrachromosomal durch Ausbildung von sogenannten homogeneous staining regions, also homogenen Chromosomenverlängerungen oder extrachromosomal durch sogenannte double minutes.