1983 fuhr Kary Mullis auf einem kalifornischen Highway, als ihm die Idee kam, DNA exponentiell zu vervielfältigen. Diese Idee führte zur Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Dafür erhielt er 1993 den Nobelpreis. Die PCR ist heute eine der am weitesten verbreiteten Techniken in der Biologie. Sie kann eine einzelne DNA-Kopie innerhalb weniger Stunden in Milliarden von Kopien vervielfältigen.

Die Reaktion durchläuft drei Temperaturzyklen. Bei der Denaturierung wird die DNA auf etwa 95 Grad Celsius erhitzt, wodurch die Doppelhelix in Einzelstränge getrennt wird. Anschließend wird sie auf etwa 50 bis 65 Grad abgekühlt, sodass Primer an die Zielsequenz binden können. Bei der Extension wird die Temperatur auf etwa 72 Grad erhöht, wobei eine hitzestabile DNA-Polymerase, üblicherweise Taq, die Primer verlängert und neue Stränge synthetisiert. Jeder Zyklus verdoppelt die DNA-Menge. Dreißig Zyklen führen zu einer milliardenfachen Amplifikation.

Die PCR wird für viele Zwecke eingesetzt. Sie dient der Diagnose von Infektionen durch den Nachweis von Krankheitserreger-DNA. Sie vervielfältigt DNA für die Sequenzierung und das Klonen. Sie erkennt Mutationen und genetische Erkrankungen. In der Forensik wird sie zur Analyse von DNA an Tatorten verwendet. In der Forschung dient sie der Untersuchung der Genexpression und der Quantifizierung von RNA, in einer Variante namens RT-PCR. Während der COVID-19-Pandemie wurde der Begriff PCR-Test allgegenwärtig.

Die Technik ist einfach, schnell und sensitiv. Sie erfordert die sorgfältige Entwicklung von Primern, die Kontrolle von Verunreinigungen und die Optimierung der Bedingungen. Gelingt sie, liefert sie aus einer winzigen Probe ausreichend DNA für die Analyse. Schlägt sie fehl, kann sie die falsche Sequenz oder gar keine DNA amplifizieren.