Lecture 10: Forensic, medical and archaeological uses for DNA technology

Polymorphism

Platser där generna skiljer sig åt (inom samma art), de 3 vanligaste vi tittar på:

1. Enkelnukleotidpolymorfism (SNP)

2. Korta tandemupprepningar (STP)

3. Insättningar och deletioner (Indel)

Man väljer att titta på polymorfier för att få en mindre mängd information att hantera.

Mitokondriellt DNA

MtDNA ärvs från modern, det finns flera kopior per cell. Det består av cirkulärt dsDNA, cirka 16 kb. mtDNA är stabilt över tid, även i mycket gamla ben eller i gammalt hår kan det vara intakt.

Genetisk polymorfism

• Stabila genetiska förändringar inom arter

• Funktionella tysta (förändrar inte individens möjligheter att leva, men kanske hårfärg, hudfärg, nedbrytning av läkemedel exempelvis) eller påverkar genuttrycket

• Ovanligare allelvarianter ska förekomma i minst 1% av befolkningen om det ska vara en polymorfi

• Kan användas som biomarkörer

Single nucleotide polymorphism (SNP)

• En-bas polymorfier

• Oftast A eller T i en specifik position

• Finns miljoner såna här ställen i genomet där vi kan potentiellt skilja på en bas

• Vissa kopplade till sjukdom eller läkemedelsnedbrytning

• Används inom forensik och arkeologi

  • Identifiera individer

  • Bestämning av släktskap, undersöka om en person är förälder till ett barn men även mer komplexa släktskap

  • Ursprung, vilken del av världen man kommer ifrån

  • Fenotypinformation, exempelvis hår eller ögonfärg

Indels

Kort sekvens med INsertions eller DELetions av baser, 1-50 bp

• Ca 2 miljoner indels i mänskliga genomet

• Fylogena studier

• Artbestämningar

• Identifiering av personer

• Könsbestämmelse

Fylogenetiska studier

Studier om hur arter är relaterade till varandra.

Short tandem repeats (STR)

• 2-12 bp i en viss ordning som upprepas

• Icke-kodande regioner, alltså inte i gener (ingen direkt påverkan på ex proteinsyntes)

• Skiljer i storlek i hur många repetitioner en individ har

• Har olika storlek pga DNA polymeras “slippage”

• Identifiering av individer genom skillnader i antal repetitioner (människa, hund…)

• Forensisk DNA-profilering: analys av 15-23 tri/tetra/penta nukleotid STRs

Forensisk vetenskap

Att använda vetenskapliga metoder och principer i undersökning av tekniska bevis vid ett brott.

Locards utbytesprincip

"Every contact leaves a trace". Fingerprints, fibers, hair etc.

Forensic DNA analysis

DNA analysis combined with a database search.

One part of a police investigation, cannot be used as the single evidence to convict someone.

DNA profiling methods

Till exempel via STR, 3-5 bp i de upprepade enheterna. Använder 1) gelelektrofores eller 2) kapillär gelelektrofores. Behöver ha cirka 25-30 mänskliga celler för att få en komplett profil. Behöver cirka 1000 celler från början för att få så många efter rening.

Capillary gel electrophoresis

DNA (- laddat) rör sig mot +, större rör sig långsammare. Genom att använda primers med fluorescerande markörer är det möjligt att analysera flera markörer samtidigt. En metod för att separera STR för att göra DNA-profilering. Ger 1 bp upplösning.

DNA database rule

Not allowed according to the law to store information that can be connected to any phenotype or trait to that person.

PCR and ions

Ions are needed (positive) since DNA is negative, to make it possible to counteract the negative repulsion between DNA.

Pre PCR processing

Minimizing the amount of steps to not have as much loss of DNA. Is done by replacing the standard DNA polymerase with alternative DNA polymerases. Using alternative you can get results that otherwise would not be possible since there might be inhibitors for the standard DNA polymerase.

Referensprov

• Från misstänkt och offer

• Analyserar saliv

• Använder munskrap och ett DNA-bindande papper. Via kapillärkraft sugs fukten in och DNAt binds in i pappersstrukturen, kan förvaras så i flera år.

• NFC analyserar ca 30 000 såna här prov per år

Buccal swaps for PCR

Använder DNA-bindande papper tillverkat av cellulosa på vilket DNA överförs. Papperet immobiliserar DNA och stoppar nedbrytning. En bit av papperet stansas ut och läggs direkt i PCR.

Nationella DNA databaser

Är profiler från dömda brottslingar och misstänkta. Lagstiftningen i Sverige: endast tillåtet att lagra DNA om de är dömda för ett brott som kan ge fängelse. Om du läggs till som misstänkt tas du bort när du släpps. Sverige utbyter DNA-profiler med 25 EU-länder. Alla länder måste analysera samma 12 STR. Spåra gränsöverskridande brott.

Könsidentifiering genom DNA-analys

Det finns ju en skillnad på Y och X kromosomen, då väljer vi att analysera det. Problemet med att rikta in sig på det - vad gör vi om vi får ett icke-resultat? Är det fel på analysen eller är det en kvinna? Man kan alltså inte använda ett icke-resultat som ett resultat. Får göra något annat, exempelvis kolla på Y och X kromosomen samtidigt. Kan titta på amelogeningenen, den har indels som utifrån kön har olika längd.

Amelogenin gen

En gen som finns på både X- och Y-kromosomen men är något annorlunda. Det finns en del av genen på X-kromosomen som har en deletion, kommer att se skillnad mellan X och Y. Du kan använda samma primers eftersom de flankerande regionerna är desamma. Ger 2 produkter för män och 1 för kvinnor.

Studera släktskap

1. mtDNA ärvs från modern, kan se vilken familj du kommer ifrån.

2. STR används för att länka samman familjer.

Familjesökning

Söker efter släktingar i den kriminella DNA-databasen genom att inte bara söka efter en exakt matchning. Används om en spårprofil inte hittar någon matchning. Ger en lista över möjliga släktingar till personen som lämnade DNA.

Biogeografiskt ursprung

56 SNP används för att ta reda på vilken kontinent personen har sitt genetiska ursprung från. Får användas i utredningen i mycket grova brott som inte har några misstänkta.

"Out of Africa" hypotesen

Baserad på DNA-kartläggning. Hypotesen att moderna homo sapiens lämnade Afrika och började befolka världen.

Mitochondrial Eve

Den senaste gemensamma förfadern till alla som lever idag. Person som levde för cirka 100-200 000 år sedan. Personen till vilken mtDNA från alla människor idag kan spåras tillbaka till. Undersöktes genom att analysera mtDNA från populationer idag från olika delar av världen och spåra tillbaka till var de har sitt ursprung. Strikt maternal härstamning. Det är inte en statisk person eller tid.

Molecular clock

Spontana mutationer sker över tid med en ungefärlig given hastighet. Skillnader i DNA-sekvenser mellan genetiska varianter kan användas för att hitta tiden sedan separation. Kan användas för att ta reda på hur människor befolkade världen. Genom att analysera DNA idag kan relationer räknas ut för länge sedan och när de delade en gemensam förfader.

Haplogroups and halotype

Flera SNP som ärvs tillsammans på samma kromosommolekyl. Ger en starkare koppling till en viss individ, eftersom de ärvs tillsammans är de lättare att använda när man spårar härkomst.

Applikationer av DNA-analys

Vad kan man få för information från DNA-analys?

• Hela genomets bassekvenser.

• Delar av genomet, alltså biomarkörer/polymorfism

Bayesiansk statistik

• Mer gråzon, anger inte “det här vet vi är sant, på så här mycket procent”

• Inom forensik används Bayes teorem och sannolikhets ratio

• Vi behöver förstå hur det här beviset kopplar

• DNA-profilen matchar en person

• Bestämma resultatvärdet i relation till åklagarens och försvarets hypotes

• Har då två olika hypoteser

• Ska inte tala om hur det har gått till, utan relatera beviset till hypotesen

I det här fallet blir sannolikheten 1 för att det är den personen eftersom vi får en matchning. För att förklara detta i rätten har man översatt dessa siffrorna till olika uttryck, “talar extremt starkt för…”, “talar starkt för…”, “talar för…”, “talar i någon form för…”. Utlåtande i ord så att alla förstår.

High and low “shedders”

Idag i rättegångar är det mer “diskussion” om att någon annan ska ha fört dit personens DNA. Jobbar mycket idag med att förstå hur överföring av DNA till brottsplatsen kan ha gått till. “Hur stor är sannolikheten att någon annan har överfört DNAt till vapnet”. Undersöker hur mycket DNA som lämnas mellan en kontakt, förstått att det är väldigt olika från person till person. Vissa lämnar mycket DNA, och vissa mindre.