DNA-Elektrophorese ist der Prozess der DNA-Fragmentisolierung basierend auf der Anziehung dieses Fragments an einen elektrischen Pol. Dieser Prozess wird verwendet, um DNA-Fragmente basierend auf ihrer jeweiligen Größe durch eine polare Anziehung über einen elektrischen Gradienten zu trennen. Nukleinsäuren bilden die Sprossen einer DNA-Doppelhelix, deren Rückgrat aus Desoxyribose-Zuckern und Phosphaten besteht, was ihr eine negative Ladung verleiht. Wissenschaftler können sich die Tatsache zunutze machen, dass diese negative Ladung durch ein elektrisches Feld von einer positiven Elektrode angezogen wird.
Das Verfahren der DNA-Elektrophorese wird durchgeführt, indem DNA über ein Gelsubstrat durch einen elektrolytischen Puffer oder ein Substrat wie Salzwasser geleitet wird. Ein in Salzwasser getränktes Agarosegel kann einem ständigen elektrischen Gradienten standhalten. Durch die Herstellung vieler DNA-Kopien, normalerweise durch einen Prozess, der als Polymerase-Kettenreaktion (PCR) bezeichnet wird, kann ein bestimmtes Gen exponentiell von einem einzigen Vorkommen kopiert werden. Gene werden physisch in DNA-Segmenten manifestiert.
Agarose ist ein poröses Substrat, das kleine Moleküle durchdringen lässt. DNA wird von einer positiven Ladung angezogen, sodass DNA-Segmente unterschiedlicher Größe durch ein elektrolytisches Agarosegel in einem elektrischen Salzwasserfeld wandern. Große Segmente wandern langsamer durch das Gelsubstrat als kleine Stücke, sodass die DNA-Fragmente nach Größe getrennt werden. Indem eine große Anzahl gleich großer DNA-Fragmente auf einem Agarosegel laufen gelassen wird, bildet die Probe eine dicke Bande.
Die DNA-Elektrophorese erfordert die Verwendung eines elektrolytischen Substrats, eines elektrischen Felds und Ethidiumbromid, das eine sehr gefährliche Chemikalie ist. Ethidiumbromid interkaliert zwischen den Nukleinsäuren einer DNA-Doppelhelix und leuchtet unter ultraviolettem (UV) Licht. Um eine DNA-Bande auf einem Agarosegel sichtbar zu machen, kann das Gel in Ethidiumbromid getränkt und unter UV-Licht fotografiert werden. Die Banden, die von unterschiedlich großen DNA-Fragmenten gebildet werden, werden gezeigt, und ein Experimentator kann feststellen, ob das interessierende Gen – oder DNA-Fragment – vorhanden ist.
Von den kleinsten Organismen wie Bakterien bis hin zu den größten Organismen wie Walen replizieren sich Arten durch das Kopieren von DNA. Der Code für die Bildung der lebensnotwendigen Proteine ist in den genetischen Anweisungen von DNA-Strängen geschrieben. Die DNA-Analyse wird in vielen wissenschaftlichen Studien verwendet, darunter strafrechtliche Ermittlungen, genetische Studien an Tiermodellen, bakterielle Rekombination und Peptidklassifizierung. DNA gibt den Code für die Proteintranskription an, daher ist die DNA-Elektrophorese in jeder Situation nützlich, in der ein Wissenschaftler oder Experimentator die Gene auf DNA-Strängen replizieren, trennen oder untersuchen müsste.