Οι γενετικές τεχνολογίες, οι οποίες εισέβαλαν στη ζωή του ανθρώπου στα τέλη του περασμένου αιώνα, έχουν αλλάξει τον κόσμο μας σε τέτοιο βαθμό που είναι ήδη αδιανόητος χωρίς αυτές. Οι τεχνολογίες αυτές κατάφεραν να διεισδύσουν και στην εγκληματολογία- εδώ και δεκαετίες η γενετική ταυτοποίηση χρησιμοποιείται ως μια γρήγορη και σχετικά φτηνή μέθοδος που επιτρέπει την ανεύρεση εγκληματιών και την εξιχνίαση των πράξεών τους χωρίς να εγκαταλείψουν το εργαστήριο. Ως φαρμακολόγος στην εκπαίδευση, ενδιαφέρομαι πολύ για τη γενετική και είμαι πρόθυμος να μελετήσω αυτόν τον τομέα στις διάφορες πτυχές του. Στην παρούσα δημοσίευση θα σας παρουσιάσω τις κλασικές γενετικές προσεγγίσεις στον τομέα της εγκληματολογίας.
Λίγη ιστορία ή τι σχέση έχει με τους ιππότες;
Πριν από 150 χρόνια ο Johannes Friedrich Miescher ανακάλυψε τα νουκλεϊκά οξέα, μια έννοια που τελικά έφερε τα πάνω κάτω στον κόσμο [1]. Μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα έγινε σαφές ότι το DNA και το RNA ήταν φορείς κληρονομικής πληροφορίας- στη συνέχεια περιγράφηκε η δομή τους και λίγο αργότερα εμφανίστηκαν πολυάριθμες μέθοδοι που επέτρεπαν να "κόβονται" τα μόρια αυτά in vitro με τη χρήση κυτταρικών ενζύμων - restrictases [2], να ενισχύονται με τη χρήση PCR [3], ακόμη και να διαβάζεται η αλληλουχία συγκεκριμένων γονιδίων και γονιδιωμάτων με τη χρήση πολλαπλών μεθόδων αλληλούχισης [4].
Αρχικά, η εργασία με γενετικό υλικό γινόταν κυριολεκτικά "στην κουζίνα" και δεν μπορούσε πάντα να αναπαραχθεί ούτε στο γειτονικό επιστημονικό εργαστήριο. Ο χρόνος όμως πέρασε, οι προσεγγίσεις άλλαξαν και οι μέθοδοι τυποποιήθηκαν σε τέτοιο βαθμό ώστε σταδιακά εισήχθησαν στην εφαρμοσμένη έρευνα, ακόμη και στη βιοτεχνολογική παραγωγή.
Το 1984, η επιστημονική κοινότητα συγκινήθηκε από την είδηση ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να απομονώσουν και να διαβάσουν ένα τμήμα DNA της ζέβρας Burchell, η οποία έχει εξαφανιστεί και επιβιώνει μόνο σε μουσειακές συλλογές [5]. Ένα χρόνο αργότερα, ο Σουηδός γενετιστής Svante Pääbo επιβεβαίωσε τη δυνατότητα χρήσης μουσειακού και αρχαιολογικού υλικού για θεμελιώδη επιστημονική έρευνα, αφού ανέλυσε για πρώτη φορά το γενετικό υλικό αιγυπτιακών μουμιών. Χρόνια αργότερα, αποδείχθηκε ότι τα δείγματα που ανέλυσε ήταν μολυσμένα με σύγχρονο γενετικό υλικό [6], αλλά η ανάπτυξη των μεθόδων αλληλούχισης κατέστησε ακόμη δυνατή την εργασία ακόμη και με ελάχιστες ποσότητες κακώς διατηρημένου DNA.
Οι ιατροδικαστές ενδιαφέρθηκαν επίσης για τις νέες τεχνικές ανάλυσης γενετικού υλικού. Είναι γεγονός ότι οι μέθοδοι της κλασικής δακτυλοσκόπησης και της ανάλυσης ομάδων αίματος, που συνηθιζόταν εκείνη την εποχή, είχαν τους περιορισμούς τους και σε ορισμένες περιπτώσεις ήταν λανθασμένες.
Το 1984, ο Βρετανός επιστήμονας Sir Alec John Jeffreys (Εικόνα 3) ανέπτυξε και παρουσίασε μια μέθοδο ταυτοποίησης ενός ατόμου με τη χρήση του γενετικού του υλικού. Αργότερα η προσέγγιση αυτή ονομάστηκε ταυτοποίηση DNA, κερδίζοντας την αγάπη και τον σεβασμό των εγκληματολόγων σε όλο τον κόσμο. Ο Jeffreys χρίστηκε ιππότης για το έργο του.
Λίγη ιστορία ή τι σχέση έχει με τους ιππότες;
Πριν από 150 χρόνια ο Johannes Friedrich Miescher ανακάλυψε τα νουκλεϊκά οξέα, μια έννοια που τελικά έφερε τα πάνω κάτω στον κόσμο [1]. Μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα έγινε σαφές ότι το DNA και το RNA ήταν φορείς κληρονομικής πληροφορίας- στη συνέχεια περιγράφηκε η δομή τους και λίγο αργότερα εμφανίστηκαν πολυάριθμες μέθοδοι που επέτρεπαν να "κόβονται" τα μόρια αυτά in vitro με τη χρήση κυτταρικών ενζύμων - restrictases [2], να ενισχύονται με τη χρήση PCR [3], ακόμη και να διαβάζεται η αλληλουχία συγκεκριμένων γονιδίων και γονιδιωμάτων με τη χρήση πολλαπλών μεθόδων αλληλούχισης [4].
Αρχικά, η εργασία με γενετικό υλικό γινόταν κυριολεκτικά "στην κουζίνα" και δεν μπορούσε πάντα να αναπαραχθεί ούτε στο γειτονικό επιστημονικό εργαστήριο. Ο χρόνος όμως πέρασε, οι προσεγγίσεις άλλαξαν και οι μέθοδοι τυποποιήθηκαν σε τέτοιο βαθμό ώστε σταδιακά εισήχθησαν στην εφαρμοσμένη έρευνα, ακόμη και στη βιοτεχνολογική παραγωγή.
Το 1984, η επιστημονική κοινότητα συγκινήθηκε από την είδηση ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να απομονώσουν και να διαβάσουν ένα τμήμα DNA της ζέβρας Burchell, η οποία έχει εξαφανιστεί και επιβιώνει μόνο σε μουσειακές συλλογές [5]. Ένα χρόνο αργότερα, ο Σουηδός γενετιστής Svante Pääbo επιβεβαίωσε τη δυνατότητα χρήσης μουσειακού και αρχαιολογικού υλικού για θεμελιώδη επιστημονική έρευνα, αφού ανέλυσε για πρώτη φορά το γενετικό υλικό αιγυπτιακών μουμιών. Χρόνια αργότερα, αποδείχθηκε ότι τα δείγματα που ανέλυσε ήταν μολυσμένα με σύγχρονο γενετικό υλικό [6], αλλά η ανάπτυξη των μεθόδων αλληλούχισης κατέστησε ακόμη δυνατή την εργασία ακόμη και με ελάχιστες ποσότητες κακώς διατηρημένου DNA.
Οι ιατροδικαστές ενδιαφέρθηκαν επίσης για τις νέες τεχνικές ανάλυσης γενετικού υλικού. Είναι γεγονός ότι οι μέθοδοι της κλασικής δακτυλοσκόπησης και της ανάλυσης ομάδων αίματος, που συνηθιζόταν εκείνη την εποχή, είχαν τους περιορισμούς τους και σε ορισμένες περιπτώσεις ήταν λανθασμένες.
Το 1984, ο Βρετανός επιστήμονας Sir Alec John Jeffreys (Εικόνα 3) ανέπτυξε και παρουσίασε μια μέθοδο ταυτοποίησης ενός ατόμου με τη χρήση του γενετικού του υλικού. Αργότερα η προσέγγιση αυτή ονομάστηκε ταυτοποίηση DNA, κερδίζοντας την αγάπη και τον σεβασμό των εγκληματολόγων σε όλο τον κόσμο. Ο Jeffreys χρίστηκε ιππότης για το έργο του.
Δακτυλοσκόπηση DNA: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Η γενετική ανάλυση βιολογικών δειγμάτων που λαμβάνονται σε τόπους εγκλήματος έχει απλοποιήσει σημαντικά το έργο των ερευνητών. Διαθέτουν πλέον ένα αξιόπιστο εργαλείο για την ταυτοποίηση του δράστη ή του θύματος, τη λήψη αδιάσειστων στοιχείων και την εξιχνίαση εγκλημάτων.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της γενετικής δακτυλοσκόπησης είναι η δυνατότητα εργασίας ακόμη και με μικρές ποσότητες βιολογικού υλικού και η υψηλή ακρίβεια που επιτρέπει την ταυτοποίηση ενός ατόμου - εάν πληρούνται όλες οι προϋποθέσεις για την ανάλυση, η αξιοπιστία της υπερβαίνει το 99%. Η προσέγγιση αυτή έχει καταστεί μία από τις σημαντικότερες στη διερεύνηση εγκλημάτων [7].
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι κλασικές μέθοδοι δακτυλοσκόπησης DNA δεν επιτρέπουν την ταυτοποίηση πανομοιότυπων διδύμων των οποίων το γενετικό προφίλ είναι το ίδιο, δεδομένου ότι σχηματίζονται από το ίδιο γονιμοποιημένο ωάριο.
Για την ανάλυση του DNA απαιτείται καταρχάς το ίδιο το DnA, αλλά δεν είναι καθόλου πάντα δυνατή η εξαγωγή γενετικού υλικού υψηλής ποιότητας από βιολογικά δείγματα που έχουν εκτεθεί σε χημικούς και θερμικούς παράγοντες. Μόλις βρεθεί στο περιβάλλον, το μόριο αυτό εισέρχεται σε χημικές αντιδράσεις, καταστρέφεται (κατακερματίζεται) και τροποποιείται, αν και σε ευνοϊκές συνθήκες μπορεί να παραμείνει για χιλιάδες χρόνια [8].
Είναι γνωστό ότι το αρχαιότερο γενετικό υλικό των προγόνων του ανθρώπου εξήχθη από τα οστικά κατάλοιπα των ανθρωποειδών συγγενών μας που ζούσαν στο έδαφος της Ιβηρικής Χερσονήσου (Sierra de Atapuerca) πριν από περίπου 430 χιλιάδες χρόνια [9]. Το ιδιαίτερο μικροκλίμα ορισμένων σπηλαίων με χαμηλές τιμές υγρασίας και θερμοκρασίας αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του γενετικού υλικού. Ωστόσο, το DNA στα δείγματα που βρίσκονται στον τόπο του εγκλήματος συχνά αντιπροσωπεύεται σε ελάχιστες ποσότητες και, όπως και στα αρχαιολογικά δείγματα, υποβαθμίζεται σημαντικά.
Στην Ευρώπη και στις Ηνωμένες Πολιτείες, η προσοχή εφιστάται σε ένα άλλο μειονέκτημα της γενετικής αποτύπωσης, που σχετίζεται με την παρέμβαση στην ιδιωτική ζωή ενός ατόμου και την παραβίαση της ιδιωτικής ζωής.
Οι ακτιβιστές των ανθρωπίνων δικαιωμάτων φοβούνται ότι οι γενετικές πληροφορίες εγκληματιών και υπόπτων για εγκληματικές πράξεις θα μπορούσαν να πέσουν στα χέρια τρίτων και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν καταχρηστικά [10]. Για παράδειγμα, υπάρχουν ήδη γνωστές περιπτώσεις χρήσης γενετικών πληροφοριών για τον έλεγχο των μουσουλμανικών μειονοτήτων στην κινεζική επαρχία Xinjiang.
Οι ΗΠΑ σχεδιάζουν επίσης τη συστηματική συλλογή προφίλ DNA των μεταναστών που τελούν υπό ομοσπονδιακή κράτηση [11]. Προφανώς, οι φόβοι των ακτιβιστών για τα ανθρώπινα δικαιώματα δεν είναι αβάσιμοι και έχουν πραγματική βάση.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της γενετικής δακτυλοσκόπησης είναι η δυνατότητα εργασίας ακόμη και με μικρές ποσότητες βιολογικού υλικού και η υψηλή ακρίβεια που επιτρέπει την ταυτοποίηση ενός ατόμου - εάν πληρούνται όλες οι προϋποθέσεις για την ανάλυση, η αξιοπιστία της υπερβαίνει το 99%. Η προσέγγιση αυτή έχει καταστεί μία από τις σημαντικότερες στη διερεύνηση εγκλημάτων [7].
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι κλασικές μέθοδοι δακτυλοσκόπησης DNA δεν επιτρέπουν την ταυτοποίηση πανομοιότυπων διδύμων των οποίων το γενετικό προφίλ είναι το ίδιο, δεδομένου ότι σχηματίζονται από το ίδιο γονιμοποιημένο ωάριο.
Για την ανάλυση του DNA απαιτείται καταρχάς το ίδιο το DnA, αλλά δεν είναι καθόλου πάντα δυνατή η εξαγωγή γενετικού υλικού υψηλής ποιότητας από βιολογικά δείγματα που έχουν εκτεθεί σε χημικούς και θερμικούς παράγοντες. Μόλις βρεθεί στο περιβάλλον, το μόριο αυτό εισέρχεται σε χημικές αντιδράσεις, καταστρέφεται (κατακερματίζεται) και τροποποιείται, αν και σε ευνοϊκές συνθήκες μπορεί να παραμείνει για χιλιάδες χρόνια [8].
Είναι γνωστό ότι το αρχαιότερο γενετικό υλικό των προγόνων του ανθρώπου εξήχθη από τα οστικά κατάλοιπα των ανθρωποειδών συγγενών μας που ζούσαν στο έδαφος της Ιβηρικής Χερσονήσου (Sierra de Atapuerca) πριν από περίπου 430 χιλιάδες χρόνια [9]. Το ιδιαίτερο μικροκλίμα ορισμένων σπηλαίων με χαμηλές τιμές υγρασίας και θερμοκρασίας αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του γενετικού υλικού. Ωστόσο, το DNA στα δείγματα που βρίσκονται στον τόπο του εγκλήματος συχνά αντιπροσωπεύεται σε ελάχιστες ποσότητες και, όπως και στα αρχαιολογικά δείγματα, υποβαθμίζεται σημαντικά.
Στην Ευρώπη και στις Ηνωμένες Πολιτείες, η προσοχή εφιστάται σε ένα άλλο μειονέκτημα της γενετικής αποτύπωσης, που σχετίζεται με την παρέμβαση στην ιδιωτική ζωή ενός ατόμου και την παραβίαση της ιδιωτικής ζωής.
Οι ακτιβιστές των ανθρωπίνων δικαιωμάτων φοβούνται ότι οι γενετικές πληροφορίες εγκληματιών και υπόπτων για εγκληματικές πράξεις θα μπορούσαν να πέσουν στα χέρια τρίτων και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν καταχρηστικά [10]. Για παράδειγμα, υπάρχουν ήδη γνωστές περιπτώσεις χρήσης γενετικών πληροφοριών για τον έλεγχο των μουσουλμανικών μειονοτήτων στην κινεζική επαρχία Xinjiang.
Οι ΗΠΑ σχεδιάζουν επίσης τη συστηματική συλλογή προφίλ DNA των μεταναστών που τελούν υπό ομοσπονδιακή κράτηση [11]. Προφανώς, οι φόβοι των ακτιβιστών για τα ανθρώπινα δικαιώματα δεν είναι αβάσιμοι και έχουν πραγματική βάση.
Πώς λειτουργεί
Οι μέθοδοι δακτυλοσκόπησης DNA βασίζονται στην ανθρώπινη γενετική μεταβλητότητα. Οι νουκλεοτιδικές αντικαταστάσεις στο DNA (ανάλογα με τη συχνότητά τους στον πληθυσμό, ονομάζονται επίσης πολυμορφισμοί του DNA ή μεταλλάξεις) μας κάνουν ατομικά διαφορετικούς. Και οι διαφορές αυτές μπορούν να βρεθούν τόσο στο πυρηνικό όσο και στο μιτοχονδριακό γονιδίωμα, μικρά κυκλικά μόρια DNA που ρυθμίζουν τη λειτουργία των μιτοχονδρίων, των ενεργειακών "εργοστασίων" των κυττάρων.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι πολυμορφισμοί του DNA μπορούν να βρεθούν στο γονιδίωμα του καθενός μας - γίνονται ο μοναδικός μας γραμμωτός κώδικας DNA. Ορισμένοι από αυτούς μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές ασθένειες [12], αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις δεν έχουν καμία επίδραση στις ζωτικές μας λειτουργίες.
Οι σύγχρονες μέθοδοι δακτυλοσκόπησης DNA χρησιμοποιούν μια ποικιλία γενετικών παραλλαγών σε διάφορες περιοχές του γονιδιώματος. Για παράδειγμα, η ανάλυση των τανδεμικών επαναλήψεων - μικρών επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών του γονιδιώματος, των οποίων ο αριθμός διαφέρει σε δύο τυχαία δειγματοληπτικά άτομα [13] - επιτρέπει έναν σαφή έλεγχο πατρότητας ή την εύρεση πρόσθετων αποδεικτικών στοιχείων εναντίον ενός υπόπτου για εγκληματική δραστηριότητα.
Οι δείκτες Y-χρωμοσωμικού DNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του φύλου ενός ατόμου. Οι γενετικοί δείκτες παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την εθνικότητα των συγγενών ενός ατόμου, το χρώμα των ματιών ή το χρώμα των μαλλιών.
Επιπλέον, οι επιγενετικές πληροφορίες (π.χ. μεθυλίωση του DNA) καθιστούν δυνατή την εκτίμηση της βιολογικής ηλικίας μεμονωμένων κυττάρων, ιστών και του οργανισμού στο σύνολό του [14]. Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσω περισσότερο για τις παραπάνω μεθόδους γενετικής ανάλυσης. Και η χρήση των επιγενετικών μεθόδων στην επιχείρηση φαρμάκων θα είναι το θέμα της επόμενης δημοσίευσής μου.
Οι δείκτες Y-χρωμοσωμικού DNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του φύλου ενός ατόμου. Οι γενετικοί δείκτες παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την εθνικότητα των συγγενών ενός ατόμου, το χρώμα των ματιών ή το χρώμα των μαλλιών.
Επιπλέον, οι επιγενετικές πληροφορίες (π.χ. μεθυλίωση του DNA) καθιστούν δυνατή την εκτίμηση της βιολογικής ηλικίας μεμονωμένων κυττάρων, ιστών και του οργανισμού στο σύνολό του [14]. Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσω περισσότερο για τις παραπάνω μεθόδους γενετικής ανάλυσης. Και η χρήση των επιγενετικών μεθόδων στην επιχείρηση φαρμάκων θα είναι το θέμα της επόμενης δημοσίευσής μου.
Συλλογή και απομόνωση DNA από βιολογικό υλικό
Η εξαγωγή και ανάλυση DNA από εγκληματολογικά δείγματα είναι, εκ πρώτης όψεως, συγκρίσιμη με την τέχνη. Μερικές φορές είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς ότι μερικές σταγόνες αίματος ή ένα κομμάτι δέρματος κάτω από τα νύχια ενός θύματος μπορούν να γίνουν τα σημαντικότερα αποδεικτικά στοιχεία σε μια εγκληματική έρευνα.
Στην πραγματικότητα, οι ενέργειες των ειδικών της εγκληματολογικής σήμανσης στον τόπο του εγκλήματος είναι λεπτομερώς ρυθμισμένες και ακολουθούν ένα ενιαίο σενάριο, ένας από τους κύριους στόχους του οποίου είναι η εύρεση βιολογικού υλικού κατάλληλου για την εξαγωγή DNA. Οποιοσδήποτε βιολογικός ιστός και ανθρώπινες εκκρίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον σκοπό αυτό .
- Υπολείμματα οστών
- Δόντια
- Θυλάκια τρίχας
- Αίμα
- Επιθηλιακά κύτταρα
- Ιδρώτας
- Σάλιο
- Δείγματα σπέρματος
- Περιττώματα κ.λπ.
Το βιολογικό υλικό στην αποθήκη αποδεικτικών στοιχείων μπορεί να διαρκέσει δεκαετίες. Συχνά, ο εξεταστής παίρνει μόνο ένα μέρος του υλικού για εξέταση, όσο χρειάζεται για την εξαγωγή DNA. Για παράδειγμα, αν υπάρχουν ίχνη αίματος στο μαχαίρι, ο εμπειρογνώμονας δεν ξεπλένει όλο το αίμα, αλλά κάνει ένα μικρό ξέπλυμα λίγο πριν από την εξαγωγή DNA. Αυτό αφήνει ίχνη πάνω στο μαχαίρι, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διενέργεια επανεξέτασης αρκετές δεκαετίες αργότερα.
Στον πυρήνα του κυττάρου, το DNA βρίσκεται σε στενή επαφή με πολυάριθμα οργανικά μόρια που είναι απαραίτητα για την αποτελεσματική λειτουργία του. Ωστόσο, για τη γενετική ανάλυση, πρέπει να απομακρυνθούν από το δείγμα της εξέτασης υδατάνθρακες, λιπίδια και πρωτεΐνες, γεγονός που μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα των χρησιμοποιούμενων μεθόδων και, κατά συνέπεια, να επηρεάσει τη διαλυτότητα των εγκλημάτων.Η εκχύλιση του DNA απαιτεί ελάχιστο χρόνο χάρη σε μια ποικιλία εμπορικών κιτ και συστημάτων ειδικά σχεδιασμένων για την εκχύλιση νουκλεϊκών οξέων (π.χ. το σύστημα AutoMate Express DNA Extraction System της Thermo Fisher Scientific). Επιπλέον, σε μεγάλα εγκληματολογικά κέντρα με χιλιάδες αναλύσεις ημερησίως, η διαδικασία αυτή είναι πλήρως αυτοματοποιημένη και πραγματοποιείται με τη συμμετοχή ρομπότ υπό την επίβλεψη ενός χειριστή.
Παρεμπιπτόντως, τα ρομποτικά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο στα εγκληματολογικά εργαστήρια, αλλά και σε πολλά ιατρικά και βιοτεχνολογικά κέντρα, επιτρέποντας την επιτάχυνση της διαδικασίας, τη μείωση του κόστους εργασίας και τη σημαντική μείωση της πιθανότητας λάθους.
Μετά την εκχύλιση, το DNA διαλύεται σε ειδική ένωση, όπου μπορεί να αποθηκευτεί για χρόνια (στους -20°C ή στους -80°C), εάν είναι απαραίτητο.
Γενετική ανάλυση
Αμέσως μετά την εκχύλιση του DnA, ο ειδικός έρχεται αντιμέτωπος με το ερώτημα των περαιτέρω τρόπων ανάλυσής του. Από την εισαγωγή της ταυτοποίησης του DNA στην εγκληματολογία, οι τεχνικές μοριακής βιολογίας έχουν αλλάξει τόσο πολύ που υπάρχουν πολλές πιθανές παραλλαγές. Η περαιτέρω ιστορία μας θα αναδείξει τις διάφορες τεχνικές ανάλυσης του DNA που χρησιμοποιούν οι ιατροδικαστές στην πρακτική τους.
Πολυμορφισμός μήκους θραύσματος περιορισμού (ανάλυση RFLP)
Η ανάλυση RFLP είναι ιστορικά μία από τις πρώτες μεθόδους για την ταυτοποίηση του DNA. Βασίζεται στη χρήση ειδικών κυτταρικών ενζύμων, των restrictases. Τα περιοριστικά ένζυμα μπορούν να αναγνωρίζουν ορισμένες θέσεις σε ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος και να το κόβουν μέσω αυτών των θέσεων. Μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί αρκετές χιλιάδες τέτοια ένζυμα. Μετά την κοπή του μορίου DnA με περιοριστικά ένζυμα, τα μήκη των θραυσμάτων που λαμβάνονται αξιολογούνται με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή (Εικόνα 9).
Αμέσως μετά την εκχύλιση του DnA, ο ειδικός έρχεται αντιμέτωπος με το ερώτημα των περαιτέρω τρόπων ανάλυσής του. Από την εισαγωγή της ταυτοποίησης του DNA στην εγκληματολογία, οι τεχνικές μοριακής βιολογίας έχουν αλλάξει τόσο πολύ που υπάρχουν πολλές πιθανές παραλλαγές. Η περαιτέρω ιστορία μας θα αναδείξει τις διάφορες τεχνικές ανάλυσης του DNA που χρησιμοποιούν οι ιατροδικαστές στην πρακτική τους.
Πολυμορφισμός μήκους θραύσματος περιορισμού (ανάλυση RFLP)
Η ανάλυση RFLP είναι ιστορικά μία από τις πρώτες μεθόδους για την ταυτοποίηση του DNA. Βασίζεται στη χρήση ειδικών κυτταρικών ενζύμων, των restrictases. Τα περιοριστικά ένζυμα μπορούν να αναγνωρίζουν ορισμένες θέσεις σε ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος και να το κόβουν μέσω αυτών των θέσεων. Μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί αρκετές χιλιάδες τέτοια ένζυμα. Μετά την κοπή του μορίου DnA με περιοριστικά ένζυμα, τα μήκη των θραυσμάτων που λαμβάνονται αξιολογούνται με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή (Εικόνα 9).
Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν εντελώς πανομοιότυπα ανθρώπινα γονιδιώματα (εκτός από τους πανομοιότυπους διδύμους), η διαφορά ή η ομοιότητα στα προφίλ μήκους των θραυσμάτων DNA που προκύπτουν μπορεί να αποτελέσει έναν καλό δείκτη τόσο για την προσωπική ταυτοποίηση όσο και για τον προσδιορισμό της συγγένειας.
Ωστόσο, η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει κατακερματισμό του DNA και, ως εκ τούτου, είναι ευαίσθητη στην ποιότητα και την ποσότητα του αρχικού γενετικού υλικού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ανάλυση RFLP δεν χρησιμοποιείται πρακτικά επί του παρόντος - σε αντίθεση με άλλες μεθόδους, οι οποίες θα συζητηθούν παρακάτω.
Ανάλυση του αριθμού των τανδεμικών επαναλήψεων στο γονιδίωμα
Οι τανδεμικές επαναλήψεις είναι αντίγραφα της ίδιας σύντομης αλληλουχίας DnA που επαναλαμβάνονται το ένα μετά το άλλο [15]. Οι επαναλήψεις που ενδιαφέρουν τους εγκληματολόγους επιστήμονες περιλαμβάνουν θέσεις με ποικίλο αριθμό τανδεμικών επαναλήψεων (VNTR) και σύντομες τανδεμικές επαναλήψεις (STR). Ονομάζονται επίσης μινισατελλίτες και μικροσατελλίτες, αντίστοιχα.
Η ουσία αυτής της μεθόδου είναι η ενίσχυση με PCR τμημάτων DNA που περιέχουν αυτές τις σύντομες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες των οποίων το μήκος είναι διαφορετικό σε δύο τυχαία δειγματοληπτούμενα άτομα. Μετά την ενίσχυση, το μήκος των θραυσμάτων που λαμβάνονται αξιολογείται με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή ή τριχοειδή ηλεκτροφόρηση.
Για τον σκοπό αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν το Quantifiler DNA Quantification Kit και το σύστημα QuantStudio της Termo Fisher Scientific. Το QuantStudio είναι ένα συμπαγές επιτραπέζιο όργανο με ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών.
Όπως και με την προηγούμενη μέθοδο, ο κύριος παράγοντας αναγνώρισης της ανάλυσης STR είναι το μήκος των θραυσμάτων που λαμβάνονται, το οποίο είναι μοναδικό για κάθε άτομο και εξαρτάται από τον αριθμό των επαναλήψεων στην αναλυόμενη περιοχή. Η ανάλυση STR χαρακτηρίζεται από υψηλή ακρίβεια και ταχύτητα, καθώς και από χαμηλό κόστος. Η ποιότητα του γενετικού υλικού αποτελεί σημαντική προϋπόθεση για την ανάλυση.
Ωστόσο, η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει κατακερματισμό του DNA και, ως εκ τούτου, είναι ευαίσθητη στην ποιότητα και την ποσότητα του αρχικού γενετικού υλικού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ανάλυση RFLP δεν χρησιμοποιείται πρακτικά επί του παρόντος - σε αντίθεση με άλλες μεθόδους, οι οποίες θα συζητηθούν παρακάτω.
Ανάλυση του αριθμού των τανδεμικών επαναλήψεων στο γονιδίωμα
Οι τανδεμικές επαναλήψεις είναι αντίγραφα της ίδιας σύντομης αλληλουχίας DnA που επαναλαμβάνονται το ένα μετά το άλλο [15]. Οι επαναλήψεις που ενδιαφέρουν τους εγκληματολόγους επιστήμονες περιλαμβάνουν θέσεις με ποικίλο αριθμό τανδεμικών επαναλήψεων (VNTR) και σύντομες τανδεμικές επαναλήψεις (STR). Ονομάζονται επίσης μινισατελλίτες και μικροσατελλίτες, αντίστοιχα.
Η ουσία αυτής της μεθόδου είναι η ενίσχυση με PCR τμημάτων DNA που περιέχουν αυτές τις σύντομες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες των οποίων το μήκος είναι διαφορετικό σε δύο τυχαία δειγματοληπτούμενα άτομα. Μετά την ενίσχυση, το μήκος των θραυσμάτων που λαμβάνονται αξιολογείται με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή ή τριχοειδή ηλεκτροφόρηση.
Για τον σκοπό αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν το Quantifiler DNA Quantification Kit και το σύστημα QuantStudio της Termo Fisher Scientific. Το QuantStudio είναι ένα συμπαγές επιτραπέζιο όργανο με ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών.
Όπως και με την προηγούμενη μέθοδο, ο κύριος παράγοντας αναγνώρισης της ανάλυσης STR είναι το μήκος των θραυσμάτων που λαμβάνονται, το οποίο είναι μοναδικό για κάθε άτομο και εξαρτάται από τον αριθμό των επαναλήψεων στην αναλυόμενη περιοχή. Η ανάλυση STR χαρακτηρίζεται από υψηλή ακρίβεια και ταχύτητα, καθώς και από χαμηλό κόστος. Η ποιότητα του γενετικού υλικού αποτελεί σημαντική προϋπόθεση για την ανάλυση.
Η ανάλυση STR εμφανίστηκε στην πρακτική εγκληματολογία πριν από σχεδόν είκοσι χρόνια, αλλά μέχρι σήμερα παραμένει η κύρια μέθοδος ταυτοποίησης ατόμων. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης DNA υπόπτων και εγκληματιών - τα γενετικά προφίλ - εισάγονται από τους εγκληματολόγους σε ειδικές βάσεις δεδομένων.
Ως εκ τούτου, όταν σε τόπους εγκλήματος εντοπίζονται βιολογικά ίχνη από τα οποία μπορεί να απομονωθεί DNA, έχει καταστεί δυνατή η ταυτοποίηση όλων των ατόμων που έχουν ήδη υποπέσει στην αντίληψη των υπηρεσιών επιβολής του νόμου. Οι ίδιοι δείκτες χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση αγνοουμένων και την εξακρίβωση της πατρότητας.
Ως εκ τούτου, όταν σε τόπους εγκλήματος εντοπίζονται βιολογικά ίχνη από τα οποία μπορεί να απομονωθεί DNA, έχει καταστεί δυνατή η ταυτοποίηση όλων των ατόμων που έχουν ήδη υποπέσει στην αντίληψη των υπηρεσιών επιβολής του νόμου. Οι ίδιοι δείκτες χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση αγνοουμένων και την εξακρίβωση της πατρότητας.
Κατά κανόνα, τα συστήματα που έχουν σχεδιαστεί για την ταυτοποίηση ατόμων επιτρέπουν την ανάλυση πολλών γονιδιακών τόπων (10-24) ταυτόχρονα, συμπεριλαμβανομένου του γονιδίου της πρωτεΐνης αμελογενίνης, μέσω του οποίου καθορίζεται το φύλο. Το γονίδιο της αµελογενίνης βρίσκεται τόσο στο χρωµόσωµα Χ όσο και στο χρωµόσωµα Υ, αλλά διαφέρει ως προς το µέγεθος, γεγονός που επιτρέπει τον προσδιορισµό του φύλου ενός ατόµου.
Χάρη στη χρήση τεχνολογιών αλληλούχισης υψηλής απόδοσης, η εγκληματολογία απέκτησε ένα αποτελεσματικό εργαλείο που άνοιξε νέες ευκαιρίες για την ταυτόχρονη ανάλυση πολλαπλών θέσεων (loci) του πυρηνικού και του μιτοχονδριακού γονιδιώματος.
Σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των μεθόδων είναι η δυνατότητα διάκρισης ακόμη και πανομοιότυπων διδύμων (με σωματικές μεταλλάξεις), κάτι που είναι αδύνατο με την ανάλυση RFLP ή STR.
Χάρη στη χρήση τεχνολογιών αλληλούχισης υψηλής απόδοσης, η εγκληματολογία απέκτησε ένα αποτελεσματικό εργαλείο που άνοιξε νέες ευκαιρίες για την ταυτόχρονη ανάλυση πολλαπλών θέσεων (loci) του πυρηνικού και του μιτοχονδριακού γονιδιώματος.
Σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των μεθόδων είναι η δυνατότητα διάκρισης ακόμη και πανομοιότυπων διδύμων (με σωματικές μεταλλάξεις), κάτι που είναι αδύνατο με την ανάλυση RFLP ή STR.
Στο δεύτερο μέρος αυτής της δημοσίευσης θα περιγραφεί πώς οι μέθοδοι που περιγράφονται παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό εργαστηρίων ναρκωτικών και εμπόρων ναρκωτικών και πώς μπορείτε να μπερδέψετε τους εγκληματολόγους καθαρίζοντας τα ίχνη σας.
Διαβάστε το ΜΕΡΟΣ ΙΙ
