Genetiikka ja rikostekniikka

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
264
Reaction score
295
Points
63
3JyXNTjW1G


Viime vuosisadan lopulla ihmiselämään räjähdysmäisesti rantautuneet geeniteknologiat ovat muuttaneet maailmaamme siinä määrin, että sitä ei voi enää kuvitella ilman niitä. Nämä teknologiat ovat onnistuneet tunkeutumaan myös rikostutkintaan; geneettistä tunnistamista on vuosikymmenien ajan käytetty nopeana ja suhteellisen halpana menetelmänä, jonka avulla rikolliset voidaan löytää ja heidän tekonsa selvittää poistumatta laboratoriosta. Koulutukseltani farmakologina olen hyvin kiinnostunut genetiikasta ja olen innokas tutkimaan tätä alaa sen eri osa-alueilla. Tässä julkaisussa esittelen teille klassisia geneettisiä lähestymistapoja rikostutkimuksen alalla.

Vähän historiaa vai mitä tekemistä sillä on ritarien kanssa?
150 vuotta sitten Johannes Friedrich Miescher löysi nukleiinihapot, käsite, joka lopulta käänsi maailman ylösalaisin [1]. 1900-luvun puoliväliin mennessä kävi selväksi, että DNA ja RNA ovat perintötiedon kantajia; sitten niiden rakenne kuvattiin, ja hieman myöhemmin ilmestyi lukuisia menetelmiä, joiden avulla näitä molekyylejä voitiin "leikata" in vitro soluentsyymien - restriktaasien - avulla [2], monistaa niitä PCR:n avulla [3] ja jopa lukea tiettyjen geenien ja genomien sekvenssi moninkertaisten sekvensointimenetelmien avulla [4].

Aluksi geenimateriaalin kanssa työskentely tapahtui kirjaimellisesti "keittiössä", eikä sitä aina voitu jäljentää edes naapurissa sijaitsevassa tieteellisessä laboratoriossa. Mutta aika kului, lähestymistavat muuttuivat ja menetelmät standardoitiin siinä määrin, että ne otettiin vähitellen käyttöön soveltavassa tutkimuksessa ja jopa bioteknologisessa tuotannossa.


UTWIf3xCtj


Vuonna 1984 tiedeyhteisöä kuohutti uutinen, jonka mukaan tutkijat onnistuivat eristämään ja lukemaan sukupuuttoon kuolleen ja vain museokokoelmissa säilyneen Burchellin seepran DNA:n pätkän [5]. Vuotta myöhemmin ruotsalainen geneetikko Svante Pääbo vahvisti mahdollisuuden käyttää museo- ja arkeologista aineistoa tieteelliseen perustutkimukseen analysoituaan ensimmäisenä egyptiläisten muumioiden perintöainesta. Vuosia myöhemmin kävi ilmi, että hänen analysoimansa näytteet olivat saastuneet nykyaikaisella geneettisellä materiaalilla [6], mutta sekvensointimenetelmien kehittyminen mahdollisti silti työskentelyn jopa minimaalisten määrien huonosti säilyneen DNA:n kanssa.

Myös rikostutkijat olivat kiinnostuneita uusista geneettisen materiaalin analyysitekniikoista. Tosiasia on, että tuolloin tavanomaisilla klassisen daktyloskoopian ja veriryhmäanalyysin menetelmillä oli rajoituksensa, ja joissakin tapauksissa ne menivät pieleen.

Vuonna 1984 brittiläinen tutkija Sir Alec John Jeffreys (kuva 3) kehitti ja esitteli menetelmän, jonka avulla henkilö voitiin tunnistaa geneettisen materiaalin avulla. Myöhemmin tätä lähestymistapaa kutsuttiin DNA-tunnistamiseksi, ja se sai kriminologien rakkauden ja kunnioituksen kaikkialla maailmassa. Jeffreys lyötiin työstään ritariksi.

IgqLZif8WV


DNA-daktylooskopia: edut ja haitat
Rikospaikoilta saatujen biologisten näytteiden geneettinen analyysi on helpottanut tutkijoiden työtä huomattavasti. Heillä on nyt käytössään luotettava väline tekijän tai uhrin tunnistamiseen, kiistattomien todisteiden hankkimiseen ja rikosten selvittämiseen.

Geneettisen sormenjälkitutkimuksen tärkeimmät edut ovat kyky työskennellä jopa pienillä määrillä biologista materiaalia ja suuri tarkkuus, joka mahdollistaa yksilön tunnistamisen - jos kaikki analyysin vaatimukset täyttyvät, sen luotettavuus on yli 99 prosenttia. Tästä lähestymistavasta on tullut yksi tärkeimmistä rikosten tutkinnassa [7].

On tärkeää huomata, että klassiset DNA-daktyloskooppimenetelmät eivät mahdollista identtisten kaksosten tunnistamista, joiden geneettinen profiili on sama, koska ne on muodostettu samasta hedelmöittyneestä munasolusta.

DNA-analyysiä varten tarvitaan ensinnäkin itse DnA:ta, mutta kemiallisille ja termisille tekijöille altistuneista biologisista näytteistä ei läheskään aina ole mahdollista poimia laadukasta geneettistä materiaalia. Ympäristöön joutuessaan tämä molekyyli joutuu kemiallisiin reaktioihin, tuhoutuu (pirstoutuu) ja muuntuu, vaikka se voi suotuisissa olosuhteissa säilyä tuhansia vuosia [8].

B8W3ZEgtix


Tiedetään, että ihmisen esi-isien vanhinta geneettistä materiaalia on saatu Iberian niemimaan alueella (Sierra de Atapuerca) noin 430 tuhatta vuotta sitten eläneiden humanoidisukulaistemme luujäännöksistä [9]. Joidenkin luolien erityinen mikroilmasto, jossa kosteus ja lämpötila ovat alhaisia, lisää merkittävästi geneettisen materiaalin elinikää. Rikospaikalta löydetyissä näytteissä DNA:ta on kuitenkin usein vain minimaalinen määrä, ja se on arkeologisten näytteiden tapaan pahasti hajonnut.

Euroopassa ja Yhdysvalloissa kiinnitetään huomiota toiseen geneettisen sormenjälkitutkimuksen haittaan, joka liittyy henkilön yksityisyyteen puuttumiseen ja yksityisyyden loukkaamiseen.

Ihmisoikeusaktivistit pelkäävät, että rikollisten ja rikoksesta epäiltyjen geneettiset tiedot voivat joutua kolmansien osapuolten käsiin ja niitä voidaan sitten käyttää väärin [10]. Esimerkiksi Kiinan Xinjiangin maakunnassa on jo tiedossa tapauksia, joissa geenitietoja on käytetty muslimivähemmistöjen valvomiseen.

Yhdysvallat aikoo myös kerätä järjestelmällisesti DNA-profiileja liittovaltion huostassa olevista maahanmuuttajista [11]. Ihmisoikeusaktivistien pelot eivät selvästikään ole perusteettomia, vaan niillä on todellista pohjaa.

AAhZNjBY7l


Miten se toimii
DNA-daktyloskooppimenetelmät perustuvat ihmisen geneettiseen vaihteluun. DNA:ssa tapahtuvat nukleotidivaihdokset (väestössä esiintyvyydestä riippuen niitä kutsutaan myös DNA-polymorfismeiksi tai mutaatioiksi) tekevät meistä yksilöllisesti erilaisia. Ja näitä eroja löytyy sekä ydin- että mitokondriogenomista, pienistä pyöreistä DNA-molekyyleistä, jotka säätelevät solujen energia-"tehtaiden", mitokondrioiden, toimintaa.
.

On syytä huomata, että DNA-polymorfismit löytyvät jokaisen meistä genomista - niistä tulee ainutlaatuinen DNA-viivakoodimme. Jotkut niistä voivat aiheuttaa vakavia sairauksia [12], mutta useimmissa tapauksissa niillä ei ole vaikutusta elintoimintoihimme.


C8aIecOBnT


Nykyaikaiset DNA-daktyloskooppimenetelmät käyttävät erilaisia geneettisiä variantteja genomin eri alueilla. Esimerkiksi tandemtoistojen - lyhyiden toistuvien genomisekvenssien, joiden lukumäärä eroaa kahdessa satunnaisesti otetussa näytteessä [13]-analysointi mahdollistaa selkeän isyystestin tai lisätodisteiden löytämisen rikoksesta epäiltyä vastaan.

Y-kromosomaalisten DNA-markkerien avulla voidaan määrittää henkilön sukupuoli. Geneettiset markkerit antavat tietoa yksilön sukulaisten etnisestä alkuperästä, silmien tai hiusten väristä.

Lisäksi epigeneettisen tiedon (esim. DNA-metylaation) avulla voidaan arvioida yksittäisten solujen, kudosten ja koko organismin biologista ikää [
14]. Tässä artikkelissa kerron lisää edellä mainituista geneettisen analyysin menetelmistä. Ja epigeneettisten menetelmien käyttö lääketeollisuudessa on seuraavan julkaisuni aiheena.

DNA:n kerääminen ja eristäminen biologisesta materiaalista
DNA:n irrottaminen ja analysointi rikosteknisistä näytteistä on ensi silmäyksellä verrattavissa taiteeseen. Joskus on mahdotonta kuvitella, että muutamasta veripisarasta tai uhrin kynsien alla olevasta ihopalasta voi tulla rikostutkinnan tärkein todiste.

Itse asiassa rikospaikan rikosteknisten asiantuntijoiden toimet ovat hienosäädettyjä ja noudattavat yhtä skenaariota, jonka yksi tärkeimmistä tavoitteista on löytää DNA:n uuttamiseen soveltuvaa biologista materiaalia. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää mitä tahansa biologista kudosta ja ihmisen eritteitä
.
  • Luujäännökset
  • Hampaat
  • Hiustupet
  • Veri
  • Epiteelisolut
  • Hiki
  • Sylki
  • Spermanäytteet
  • Ulosteet jne.
Todistevarastossa oleva biomateriaali voi säilyä vuosikymmeniä. Usein tutkija ottaa tutkittavaksi vain osan materiaalista, vain sen verran kuin hän tarvitsee DNA:n uuttamista varten. Jos esimerkiksi veitsessä on verijälkiä, asiantuntija ei pese kaikkea verta pois, vaan tekee pienen huuhtelun juuri ennen DNA-uuttoa. Näin veitseen jää jälkiä, joita voidaan käyttää uudelleentutkimuksessa useita vuosikymmeniä myöhemmin.

RmkyY146i3
.
Solun ytimessä DNA on läheisessä yhteydessä lukuisiin orgaanisiin molekyyleihin, jotka ovat välttämättömiä sen tehokkaalle toiminnalle. Geneettistä analyysia varten testinäytteestä on kuitenkin poistettava hiilihydraatit, lipidit ja proteiinit, mikä voi heikentää käytettyjen menetelmien tehokkuutta ja näin ollen vaikuttaa rikosten liukoisuuteen.

DNA:n uuttaminen vie vain vähän aikaa useiden kaupallisten, erityisesti nukleiinihappojen uuttamiseen suunniteltujen pakettien ja järjestelmien ansiosta (esim. Thermo Fisher Scientificin AutoMate Express DNA Extraction System). Lisäksi suurissa rikosteknisissä keskuksissa, joissa tehdään tuhansia analyysejä päivässä, tämä prosessi on täysin automatisoitu ja suoritetaan robottien avulla operaattorin valvonnassa.

Robottijärjestelmiä käytetään muuten laajalti paitsi rikosteknisissä laboratorioissa myös monissa lääketieteellisissä ja biotekniikkakeskuksissa, mikä nopeuttaa prosessia, alentaa työkustannuksia ja vähentää merkittävästi virheiden mahdollisuutta.

Uuttamisen jälkeen DNA liuotetaan erityiseen yhdisteeseen, jossa sitä voidaan tarvittaessa säilyttää vuosia (-20 °C:ssa tai -80 °C:ssa).

Geneettinen analyysi

Heti DnA:n uuton jälkeen asiantuntija joutuu pohtimaan, miten sitä voidaan analysoida. Sen jälkeen, kun DNA-tunnistus otettiin käyttöön rikostekniikassa, molekyylibiologiset tekniikat ovat muuttuneet niin paljon, että mahdollisia vaihtoehtoja on useita. Jatkotarinassamme esitellään erilaisia DNA-analyysitekniikoita, joita rikostekniset asiantuntijat käyttävät käytännössä.

Restriktiofragmentin pituuden polymorfismi (RFLP-analyysi).
RFLP-analyysi on historiallisesti yksi ensimmäisistä DNA:n tunnistamismenetelmistä. Se perustuu erityisten soluentsyymien, restriktaasien, käyttöön. Restriktioentsyymit pystyvät tunnistamaan tiettyjä kohtia nukleiinihappomolekyylissä ja leikkaamaan sen näiden kohtien kautta. Tällaisia entsyymejä on tähän mennessä kuvattu useita tuhansia. Kun DnA-molekyyli on leikattu restriktioentsyymeillä, saatujen fragmenttien pituudet arvioidaan geelielektroforeesilla (kuva 9).
HO9DAMdakN

Koska täysin identtisiä ihmisgenomeja ei ole (lukuun ottamatta identtisiä kaksosia), tuloksena saatujen DNA-fragmenttien pituusprofiilien ero tai samankaltaisuus voi olla hyvä merkki sekä henkilöllisyyden tunnistamisessa että sukulaisuuden määrittämisessä.

Menetelmä edellyttää kuitenkin DNA:n pirstoutumista, joten se on herkkä alkuperäisen geneettisen materiaalin laadulle ja määrälle. Tämän vuoksi RFLP-analyysiä ei käytetä nykyisin käytännössä - toisin kuin muita menetelmiä, joita käsitellään jäljempänä.

Analyysi tandemtoistojen määrästä genomissa
Tandemtoistot ovat saman lyhyen DnA-sekvenssin kopioita, jotka toistuvat peräkkäin [15]. Rikostutkijoita kiinnostavia toistoja ovat lokukset, joissa on vaihteleva määrä tandemtoistoja (VNTR), ja lyhyet tandemtoistot (STR). Niitä kutsutaan myös minisatelliiteiksi ja mikrosatelliiteiksi.

Menetelmän ydin on sellaisten DNA-fragmenttien PCR-monistaminen, jotka sisältävät näitä lyhyitä toistuvia sekvenssejä, joiden pituudet ovat erilaiset kahdella satunnaisesti otetulla yksilöllä. Monistuksen jälkeen saatujen fragmenttien pituus arvioidaan geelielektroforeesin tai kapillaarielektroforeesin avulla.

Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää Termo Fisher Scientificin Quantifiler DNA Quantification Kit ja QuantStudio-järjestelmää. QuantStudio on kompakti benchtop-laite, jossa on laaja valikoima ominaisuuksia.

Kuten edellisessä menetelmässä, STR-määrityksessä tärkein tunnistustekijä on saatujen fragmenttien pituus, joka on yksilöllinen jokaisella yksilöllä ja riippuu toistojen määrästä analysoidussa kohdassa. STR-analyysille on ominaista suuri tarkkuus ja nopeus sekä alhaiset kustannukset. Geneettisen materiaalin laatu on tärkeä edellytys analyysille.

5JVMoCgn4A


STR-analyysi ilmestyi käytännön rikostutkintaan lähes kaksikymmentä vuotta sitten, mutta se on edelleen tärkein menetelmä henkilöiden tunnistamiseksi. Kriminologit tallentavat epäiltyjen ja rikollisten DNA-analyysin tulokset - geneettiset profiilit - erityisiin tietokantoihin.

Kun rikospaikoilta löytyy biologisia jälkiä, joista voidaan eristää DNA, on siis mahdollista tunnistaa kaikki henkilöt, jotka ovat jo joutuneet lainvalvontaviranomaisten tietoon. Samoja markkereita käytetään kadonneiden henkilöiden etsinnässä ja isyyden selvittämisessä.


QMUqjeAbnK

Yleensä yksilöiden tunnistamiseen suunnitellut järjestelmät mahdollistavat useiden genomilokusten (10-24) analysoinnin samanaikaisesti, mukaan lukien amelogeniiniproteiinigeeni, jonka perusteella sukupuoli määritetään. Amelogeniinigeeni löytyy sekä X- että Y-kromosomista, mutta sen koko on erilainen, minkä ansiosta henkilön sukupuoli voidaan määrittää.

Suuren läpimenon sekvensointitekniikoiden ansiosta rikostutkinta on saanut käyttöönsä tehokkaan välineen, joka on avannut uusia mahdollisuuksia ydin- ja mitokondriogenomin useiden kohtien (lokusten) samanaikaiseen analysointiin.

Näiden menetelmien tärkeä etu on mahdollisuus erottaa toisistaan jopa identtiset kaksoset (somaattisten mutaatioiden perusteella), mikä on mahdotonta RFLP- tai STR-analyysin avulla.

Tämän julkaisun toisessa osassa kuvataan, miten edellä kuvattuja menetelmiä voidaan käyttää huumelaboratorioiden ja huumekauppiaiden tunnistamiseen ja miten voit hämmentää rikostutkijoita siivoamalla jälkiäsi.

Lue osa II
 

Osmosis Vanderwaal

Moderator in US section
Resident
Joined
Jan 15, 2023
Messages
1,598
Solutions
4
Reaction score
1,107
Points
113
Deals
1
Joo DNA:n sekvensointi on kääntänyt kaikki tieteenalat päälaelleen. Paikat kuten 23&me ja Ancestory... Comilla on valtavat tietokannat, ja jos pikkuserkkusi on niissä, he tietävät kuka olet, jos he löytävät DNA:si jostain. Tällä hetkellä hallituksen virkamiehet sanovat, etteivät he käytä sitä väärin, mutta miksipä eivät käyttäisi?
 

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
264
Reaction score
295
Points
63
Joillekin ihmisille se on vain erittäin mielenkiintoinen peli, jolla on ennalta määrätty loppu :D:D
 
Top