FORENSISCHE ANALYTIK – Ermittlung des genetischen Profils – Genetischer Fingerabdruck

ERMITTLUNG DES GENETISCHEN PROFILS - GENETISCHER FINGERABDRUCK

 

Manche biologische Spuren sind extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt: chemische, biochemische, physikalische und mikrobielle Faktoren greifen dann auch die eigentlich sehr stabile DNA an. Je länger solche Faktoren ihre Wirkung ausüben können, desto mehr ist die DNA fragmentiert. Sie ist schließlich in so kleine Stücke zerlegt worden, dass die übliche DNA-Typisierungsmethode, also die Mikrosatellitenanalyse nur noch ausnahmsweise funktioniert. Für die meisten heute verwendeten Mikrosatelliten benötigt man nämlich DNA-Fragmente mit einer Länge von mehreren hundert Basenpaare. Spurproben mit einer stark geschädigten DNA-Struktur gehören vielleicht nicht zum Alltag der Ermittlungsbehörden, sind jedoch immer wieder die einzige potenzielle Hilfe zur Identifizierung eines Täters oder auch eines Tatopfers. Im Prinzip bieten sich hier drei unterschiedliche Lösungen an. Dies sind:

Das Verkürzen der Mikrosatelliten erhöht die Wahrscheinlichkeit dafür, dass man auch stark zersetztes Probenmaterial noch typisieren kann. Die Analyse von Mikrosatelliten ist allerdings letztlich ein relativ komplexer Vorgang, der auch bei verkürzten Mikrosatelliten komplikationsanfällig bleibt. Der große Vorteil der Methode ist: Schon 10 Mikrosatelliten liefern einen zur Personenidentifizierung enorm aussagefähigen genetischen Fingerabdruck.

SNP ist die Abkürzung für den englischen molekularbiologischen Begriff „Single Nucleotide Polymorphism“. Jeder dieser SNP-Marker hat im Gegensatz zum polyallelen Mikrosatelliten nur 2 Allele. Da es sich dabei um den Austausch einer einzelnen Base handelt, ist hier die Mindestgröße der analysierbaren DNA-Fragmente praktisch beliebig klein. Außerdem ist die Analysenreaktion im Vergleich zum Mikrosatelliten einfach. Der Nachteil ist die hohe Anzahl von ca. 50 SNPs die man benötigt, um die Aussagekraft eines der üblichen Mikrosatellitensätze zu erreichen.

Eine vom biologischen Prinzip her kaum mehr zu steigernde Empfindlichkeit erreicht man mit der Analyse des mitochondrialen Genoms. Fast jede Zelle eines höher entwickelten Lebewesens birgt zwei ganz unterschiedliche Quellen von DNA: Im Zellkern befindet sich das eigentliche Genom (genomische DNA) – in einem außerordentlich hohen und komplexen Organisationsgrad. Von jedem Gen, von jeder DNA-Sequenz gibt es im Zellkern eine mütterliche und eine väterliche Kopie. Den Raum zwischen Kern und Zellmembran nimmt das Cytoplasma ein; in ihm befinden sich je nach Zelltyp hunderte bis zehntausende von Mitochondrien. Das sind Organellen, die ein eigenes, sehr kleines Genom haben. Jedes Individuum hat ein für ihn charakteristisches mitochondriales Genom. Von entscheidender Bedeutung für dessen forensisch-analytische Nutzung ist die Tatsache, dass pro Zelle so viele Kopien vorhanden sind und dass die mitochondriale DNA offenbar besser gegenüber zersetzenden Einflüssen geschützt ist als die Kern-DNA.

Technische Perspektiven

Eine weitere Analysentechnik wird in nächster Zeit in der Forensik Fuss fassen, nämlich das so genannte Next Generation Sequencing (NGS).Dabei typisiert man die Mikrosatelliten der DNA nicht durch Fragmentlängenbestimmung sondern durch Sequenzierung. Die für die Spurenuntersuchung entscheidenden Unterschiede sind dabei:

Auch mit den jetzt zur Verfügung stehenden NGS-Geräten kann man in einem Mischprofil in sehr geringen Anteilen auftretende Profile neben einem Hauptprofil sehr viel sicherer nachweisen als mit der Kapillarelektrophorese.

Die Zuordnung zu den einzelnen Allelen, vor allem aber zu immer wieder auftretenden neuen Zwischenallelen ist per NGS naturgemäss einfacher und objektiver, weil die tatsächliche Masseinheit für ein STR-Allel nicht seine Laufzeit in der Elektrophorese ist sondern die Zahl der Basen ist, welch letztere im NGS direkt bestimmt wird.

Der Informationsgrad eines Mikrosatelliten steigt stark an, wenn man auch Basenaustausche in den flankierenden Bereichen oder im Mikrosatelliten selbst erkennt. Besonders nützlich ist das bei Mischspuren, in denen die eine Komponente nur in ganz geringen Mengen vertreten ist. Hier ist häufig die Unterscheidung zwischen Stutter des Hauptspurenlegers und einem Allel des zweiten Spurenlegers nicht möglich. Möglich ist es aber oft mit diesen nur per Sequenzierung erkennbaren SNPs.

Wahrscheinlich könnte man mit einer einzigen NGS-Maschine die Typisierungserfordernisse der forensischen Genetik eines ganzen Bundeslandes erfüllen.

Die NGS-Analytik wird zurzeit in der forensischen Genetik kaum eingesetzt. Aber sie ist tatsächlich in einigen Anwendungsbereichen der üblichen Fragmentlängenbestimmung hoch überlegen.

Bei entsprechenden Problemstellungen setzen wir die NGS auf einem MiSeq-Gerät der Firma Illumina ein. Eine Auswertung der Ergebnisse und eine nomenklaturkonforme Zuordnung der Fragmentgrößen zu Allelnummern kann mit Hilfe eines Online-Tools erfolgen (z.B. ToaSTR by Labcon owl).

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