Diskussion:Polymerase-Kettenreaktion
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PCR Anwendungsgebiete
[Quelltext bearbeiten]Als nicht Naturwissenschaftler scheint mir der Folgende Satz unstimmig. Möglicherweise sollte er verbessert werden?
"Da diese Fragmente von polymorphen Bereichen (Polymorphismen) vervielfältigt werden, die hochvariabel sind, ergibt sich bei jeder Person ein einzigartiges Muster, und man spricht vom DNA-Fingerabdruck. Polymorphismen liegen im nichtcodierenden Bereich der DNA (junk DNA), sie spiegeln also keine Gene wider. Deshalb lässt sich anhand des genetischen Fingerabdrucks keine Disposition feststellen."
Sofern ich das mit der PCR nach lektüre des Artikels richtig verstanden habe, verwielfältigt die Polymerase die DNA-Fragmente. Logisch erschiene mir, dass demnach nicht die Polymerase hochvariabel ist, sondern, dass die Polymerase nur kurze DNA-stränge vervielfältigen kann, die günstigerweise in der regel polymorph sind. Der Zweite Satz des Zitats scheint mein verständnis der Sache zu bestätigen, widerspricht dann aber dem ersten? (nicht signierter Beitrag von 131.152.178.122 (Diskussion) 16. Nov. 2017)
- Ja, irgendwas stimmt an der Satzkonstruktion wirklich nicht. Ich glaube es sollte heißen: "Da
dieseFragmentevonaus polymorphen Bereichen vervielfältigt werden". Das verantwortliche Enzym, die Polymerase, fängt auch mit "Poly-" an, aber ist hier nicht gemeint. Ich habe den Abschnitt überarbeitet und inhaltlich reduziert, da es einen eigenen Artikel zum Thema genetischer Fingerabdruck gibt. Den Begriff Polymorphismus habe ich weggelassen, weil der eher im Zusammenhang mit SNP (Single Nucleotide Polymorphism) fällt und nicht im Zusammenhang mit dem genetischen Fingerabdruck per VNTR und STR, um die es hier geht. Enzoklop (Diskussion) 16:38, 23. Dez. 2020 (CET)
Logische Grundlagen
[Quelltext bearbeiten]PCR ist bisher theoretisch nicht verstanden. Sowohl die Erklärung in der Wikipedia aber auch solche in z.B. Alberts "The Molecular Biology of the Cell" (auch die Bibel genannt) widersprechen in großen Teilen den Patenten von Mullis.
Es ist zweckdienlich im Umgang mit PCR sauber zwischen Erkennung (Detektion) und Nachweis (Diagnose) zu unterscheiden. Dies entspricht einer Unterscheidung zwischen notwendiger und hinreichender Bedingung für die Anwesenheit eines oder mehrerer bestimmer Oligonukleotide in den Reaktionsedukten.
Sind Primer/Probes X entnommen, verspricht ein PCR-Test mit diesen Primern/Probes: Wenn X in den Edukten der PCR ist, ist das Testergebnis positiv (PCR als Detektor, Mullis, USPN: 4683195).
Hieraus ergibt sich direkt durch logische Kontraposition (https://de.wikipedia.org/wiki/Kontraposition): Wenn das PCR-Testergebnis negativ ist, kann X nicht in den Edukten sein. Dies kann man für zuverlässige Ausschlussdiagnosen nutzen, z.B. um bestimmte Viren aus Blutproben auszuschließen.
PCR-Tests versprechen nicht: Wenn X nicht in den Edukten ist, ist der PCR-Test negativ. Vielmehr gilt: Wenn X nicht in den Edukten ist, ist das PCR-Testergebnis beliebig. (Denn es gibt theoretisch unendlich viele weitere unbekannte Oligonukleotide, die mit den Primern/Probes reagieren könnten.)
Möchte man PCR als "Nachweisverfahren" für X nutzen, muss man *sicherstellen*: Wenn X nicht in den Edukten ist, ist der PCR-Test negativ. Denn nur dann gilt die logisch äquivalente Kontraposition letzter Aussage: Wenn der Test positiv ist, dann ist X in den Edukten.
Die Patente von Mullis fordern für den diagnostischen Einsatz (also für die Schlussfolgerung aus positivem Testergebnis auf die Ursache) eine Charakteristizität der Primer, für den verursachenden Erreger (USPN: 4682202). Diese Charakteristizität kann man nur für eine endliche Menge an bekannten Oligonukleotiden (Kontext) gewährleisten.
Der Kontext wird zusammen mit den Primern festgelegt. Nach deren Festlegung ist klar, welche zum Zeitpunkt des Primerentwurfs bekannten Oligonukleotide die Bedingung erfüllen und welche nicht. Diese beiden Oligonukleotidmengen bilden vereinigt den für die Primer zulässigen Kontext.
Unbekannte Oligonukleotide können die Primerbedingung erfüllen oder auch nicht. Geraten unbekannte Oligonukleotide in die Edukte, die die Bedingung erfüllen, gibt es ein positives Testergebnis, dessen Ursache man geneigt ist, irrtümlich einem bekannten Oligonukleotid, das die Primerbedingung erfüllt, zuzuschreiben. (Validitätsfehler)
Da man allgemein nicht ausschließen kann, dass unbekannte Oligonukleotide positive Testergebnisse verursachen, muss man allgemein die positive Seite des PCR-Tests als invalide erachten, sofern man nach der Präsenz von mindestens einem Oligonukleotid einer bestimmten echten Teilmenge der Menge aller durch die Primer erkannten Oligonukleotide in den Edukten fragt. Letztendlich sind nur negative Testergebnisse aussagekräftig. --78.43.72.187 00:24, 10. Okt. 2021 (CEST)
Beziehung zur Theoretischen Informatik
[Quelltext bearbeiten]Der PCR-Test als https://de.wikipedia.org/wiki/Endlicher_Automat#Akzeptoren entscheidet das Wortproblem für jedes Oligonukleotid in den Edukten https://de.wikipedia.org/wiki/Wortproblem_(Berechenbarkeitstheorie) regulärer Grammatiken https://de.wikipedia.org/wiki/Regul%C3%A4re_Grammatik oder https://de.wikipedia.org/wiki/Regul%C3%A4rer_Ausdruck und bildet aus den Einzelergebnissen eine eine logische Disjunktion (Ver-ODER-ung).
Für PCR-Tests, die nichts anderes sind als endliche Automaten, gelten daher mindestens alle theoretischen Schranken der regulärer Grammatiken https://de.wikipedia.org/wiki/Chomsky-Hierarchie#Typ-3-Grammatik_(regul%C3%A4re_Grammatik) . --78.43.72.187 00:24, 10. Okt. 2021 (CEST)
Spezifität und Sensitivität bei PCR
[Quelltext bearbeiten]Spezifität und Sensitivität sind keine Eigenschaften der PCR-Tests oder bestimmter Primer/Probes. Diese zwei Größen sind Komponenten eines Distanzmaßes zwischen dem Verhalten zweier Testbedingungen über einer Menge zu testender Entitäten, also eine Funktionen eines Tripels (Bedingung1, Bedingung2, Testlingsmenge). Siehe hierzu Beurteilung_eines_binären_Klassifikators#Statistische_Gütekriterien_der_Klassifikation
Im Zusammenhang mit (idealer) PCR gilt generell:
Die Sensitivität der PCR für die Frage nach der Anwesenheit mindestens eines Oligonukleotids aus der Menge der detektierten Oligonukleotide ist hoch (idealer Detektor; es gibt nie falsch negative).
Die Spezifität der PCR für die Frage nach der Anwesenheit mindestens eines Oligonukleotids aus der Menge der detektierten Oligonukleitide ist hoch (hochstringentes, digitales Testverfahren; es gibt nie ein positiv ohne passendes Oligonukleotid).
Die Spezifität der PCR für die Frage nach der Anwesenheit mindestens eines Oligonukleotids aus bestimmten echten Teilmengen der detektierten Oligonukleitide ist undefiniert. (Hierunter fällt die für viele Anwender interessante Frage nach genau einem bestimmten Oligonukleotid in den Edukten.)
Pooling
[Quelltext bearbeiten]Die Empfindlichkeit des PCR-Tests erlaubt es, Proben zu sogenannten Pools (z. B. 64 Einzelproben) zusammenzufassen, da der PCR-Test dann positiv wird, sobald mindestens eine Einzelprobe PCR-positiv ist (logische Disjunktion über alle Einzelproben im Pool). Ist der Test eines Pool positiv, wird die Anzahl der zusammengefassten Proben solange verringert (meistens halbiert), bis die verursachenden Proben identifiziert sind.
Als https://de.wikipedia.org/wiki/Teile-und-herrsche-Verfahren kann man mit Pooling für n Proben mit größenordnungsmäßig log(n) Tests erfolgreich eine Ausschlussdiagnose erreichen.
Eine Einsparung erzielt man im Durchschnitt dann, wenn man von vorn herein abschätzen kann, dass der Anteil der positiven Einzelproben im Pool klein (< 1/4) ist. Sind 0 Einzelproben positiv, reicht ein PCR-Test um für alle Einzelproben im Pool erfolgreich einen Ausschluss nachzuweisen, den keine einzelprobe kann positiv sein.
Bei einer positiven Einzelprobe in einem Pool aus 64 Einzelproben sind maximal 7 PCR-Tests notwendig, um die positive Einzelprobe zu identifizieren.
Ist hingegen ein hoher Anteil an positiven Einzelproben zu erwarten kann der Testaufwand beim Pooling mit halbierendem Teile-und-Herrsche-Verfahren auf etwa das Doppelte von 64 Einzeltestungen ansteigen. Bei 63 Positiven hat man spätestens nach 126 PCR-Tests die einzelne negative Probe im Pool identifiziert. --78.43.72.187 18:08, 10. Okt. 2021 (CEST)