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Ganz der Vater?

DNA-Quantifizierung mit dem BioSpec-nano

Glaubt man der Statistik, unterscheidet sich hier eines der Kinder im Erbgut von allen anderen...


Wer bin ich? Wo komme ich her, wo gehe ich hin? Das sind Fragen, die nicht nur in westlichen Kulturkreisen wohl jeden Menschen in einer bestimmten Phase der Identitätsfindung beschäftigen. Immer wieder berichtet die Presse von so genannten Kuckuckskindern, deren vermeintliche Väter nicht wissen, dass sie nicht der biologische Vater sind. Statistiken zeigen, dass etwa jedes zehnte Kind ein Kuckuckskind sein soll.
Ein Vaterschaftstest kann hier Klarheit über den Nachwuchs liefern – übrigens nicht nur als Mittel des Misstrauens, sondern durchaus auch um Kindern eine Familiengeschichte zu geben. Vaterschaftstests haben auch schon zum Erbe verholfen.

Wie vieles in der Wissenschaft war auch die Geburtsstunde des Vaterschaftstest zunächst eine Zufallsentdeckung. Dem britischen Genetiker Alec Jeffreys fiel 1984 an der Universität Leicester auf, dass neben den bei allen Menschen identischen Abschnitten der DNA auch Bereiche auftauchen, die individuell hochgradig unterschiedlich sind.

Jeffrey erkannte sofort das Potenzial seiner Entdeckung und stellte sie 1985 als „DNA-Fingerprinting“ der Fachwelt vor. Seine Methode hat sich seit dem wenig verändert.

DNA-Fingerprinting
Zunächst muss eine Zellprobe des Vaters, Kindes und ggf. der Mutter gewonnen werden. Am einfachsten und bekanntesten ist die Entnahme von Zellen aus der Mundschleimhaut mit einem Wattestäbchen.

Dann wird die DNA aus diesen Zellen extrahiert und mit bestimmten Enzymen in kleine Stücke zerschnipselt. Für die nächsten Schritte reicht jedoch diese Menge an DNA nicht aus und muss zunächst vervielfältigt werden. Das passiert standardmäßig mittels der von Kary Mullis 1986 entwickelten Polymerase-Kettenreaktion (engl. PCR = Polymerase Chain Reaction). In mehreren Schritten wird hier die DNA-Spur millionenfach vervielfältigt.


Abb. 1 Vaterschaftstest: Im dargestellten Beispiel ist der Sohn leibliches Kind von Vater und Mutter. Alle Banden des Sohnes können entweder der Mutter oder dem Vater zugeordnet werden. Die Tochter ist nicht leibliches Kind des Vaters. Die in rot gekennzeichneten Banden stammen vom Erbgut eines anderen Mannes.

Diese DNA-Fragmente gelangen dann auf ein Gel, an dem eine elektrische Spannung angelegt wird. Da die Fragmente in Masse und Ladung variieren, ist die Wanderungsgeschwindigkeit der einzelnen Teile unterschiedlich. Je kürzer und leichter ein DNA-Fragment ist, desto schneller wandert es zum Pluspol des elektrischen Feldes. Die Fragmente reihen sich mit charakteristischen Abständen zueinander auf. Jetzt müssen die mit dieser „Gelelektrophorese“ aufgetrennten DNA-Fragmente nur noch mit Farbstoffen markiert werden, und sie erscheinen als typische Bandenmuster – ähnlich dem Strichcode einer Verpackung, der Produkte kennzeichnet und sie einzigartig und unverwechselbar macht. Wie kein Strichcode dem anderen gleicht, so unterschiedlich ist auch die DNA-Sequenz eines jeden Menschen.

Weil das Kind je zur Hälfte die Erbanlagen vom Vater und Mutter erbt, werden im Standardfall DNA-Proben dreier Personen gewonnen und untersucht: Von der Mutter, dem Kind und dem fraglichen Vater. Nun vergleicht man die Bandenmuster (Abb. 1). Alle Banden, die bei Mutter und Kind auftreten, werden zur Überprüfung des Vaters nicht weiter berücksichtigt. Die übrigen Banden des Kindes sind entscheidend, da diese von dem biologischen Vater stammen. Stimmen sie komplett mit denen des Vaters überein, ist eine Vaterschaft (je nach Verfahrensaufwand) mit einer Wahrscheinlichkeit über 99,9 % bewiesen. Die Wahrscheinlichkeit selbst hängt von der Anzahl der durch das Verfahren entstandenen Banden ab, die verglichen wurden. Stimmen sie nicht miteinander überein, kann eine Vaterschaft ausgeschlossen werden.


Abb. 2 BioSpec-nano

Genügend DNA vorhanden? Das BioSpec-nano gibt Auskunft
Mit dem BioSpec-nano (Abb. 2) lässt sich überprüfen, ob nach erfolgreicher PCR ausreichend DNA für die weiteren Arbeitsschritte vorhanden ist. Bereits 1 µl Lösung reicht aus, um eine DNA-Menge innerhalb von 3 s quantitativ zu bestimmen.

Das BioSpec-nano ermöglicht sowohl die Quantifizierung von einfachen (RNA, dsDNA, ssDNA, OligoDNA) als auch von gelabelten Nukleinsäuren. Die zugehörige Software bestimmt die Konzentration eines oder auch mehrerer Marker. Das sind nur einige der Software-Funktionen, um den Umgang mit ungelabelten und gelabelten Nukleinsäuren einfach und intuitiv zu gestalten.

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