science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe DNA-profilering werkt

De term "DNA, " ooit alleen gebruikt door wetenschappers, is een alledaags onderdeel van ons vocabulaire geworden. Het is bijna onmogelijk om niet op de hoogte te zijn van de impact die het gebruik van DNA heeft gehad op alles, van het rechtssysteem tot genealogie. Het is ook bijna onmogelijk om niet op de hoogte te zijn van de controverse. Dat, theoretisch, we zouden allemaal een profiel kunnen hebben dat ons alleen kan identificeren aan de hand van ons DNA, veel mensen maken zich zorgen over het gebruik van dat profiel.

Je hebt waarschijnlijk een goed idee van wat DNA is -- zo niet, lees Hoe DNA werkt voor het volledige verhaal. Echter, wat u misschien niet weet, is precies wat voor soort informatie DNA-bewijs oplevert, hoe het wordt verwerkt en hoe het wordt geanalyseerd. Dat is waar DNA-profilering om de hoek komt kijken.


Roger Tully/Stone/Getty Images
Als onderdeel van het DNA-profileringsproces, een technicus onderzoekt DNA-sequencing-gel.

Volgende

  • Hoe CSI werkt
  • Hoe DNA werkt
  • InvestigationDiscovery.com:DNA-profileringsquiz

In elke situatie waarin DNA kan worden gebruikt, er moet een DNA-profiel worden aangemaakt. Ook bekend als DNA of genetische typering, DNA-profilering is gewoon de verzameling, verwerking en analyse van VNTR's -- unieke sequenties op de loci (gebied op een chromosoom). VNTR staat voor variabele aantal tandemherhalingen -- wat betekent dat de tandemherhalingen, of paren van nucleotiden, variëren in aantal. De meeste DNA-sequenties bij verschillende mensen lijken te veel op elkaar om van elkaar te onderscheiden. Na verwerking, echter, VNTR's resulteren in banden die uniek genoeg zijn om te worden gebruikt voor identificatie. Deze verschillen werden in 1984 ontdekt door Dr. Alec Jeffreys, terwijl we naar de resultaten van een experiment kijken, met behulp van DNA van verschillende familieleden van een van zijn laboranten.

Tot 1987 -- toen de techniek op de markt werd gebracht -- was het laboratorium van Jeffreys het enige ter wereld dat DNA-vingerafdrukken deed (de oorspronkelijke naam voor DNA-profilering, die werd gewijzigd vanwege de verwarring met daadwerkelijke vingerafdrukken).

Hoewel dit eenvoudig genoeg klinkt, er zijn eigenlijk verschillende technieken om een ​​DNA-profiel te maken, en nieuwe technologie is altijd in opkomst. We zullen deze technieken hierna bekijken.

Inhoud
  1. Een DNA-profiel maken
  2. Gebruik van DNA-profielen bij wetshandhaving
  3. Gebruik van DNA-profielen in genealogie
  4. Controverse in DNA-profilering

Een DNA-profiel maken

Als ze allemaal tot hetzelfde resultaat zouden moeten komen -- een uniek DNA-profiel -- waarom zijn er dan zoveel verschillende analysetechnieken? Welke techniek te gebruiken hangt af van een aantal factoren, inclusief kosten, beschikbare tijd voor analyse en de kwaliteit en hoeveelheid van het beschikbare DNA-monster.


De eerste methode voor het maken van een DNA-profiel was: RFLP , of restrictiefragmentlengtepolymorfisme. RFLP wordt tegenwoordig niet zo vaak gebruikt omdat het een groot DNA-monster vereist - maar liefst 25 haren of een plek van nikkel ter grootte van lichaamsvloeistof - en het kan wel een maand duren om te voltooien [bron:Baden]. Het vereist ook het onderzoeken van meerdere secties van de DNA-streng om variaties te vinden, wat tijdrovend is en meer ruimte laat voor menselijke fouten. Sommige stappen voor RFLP-analyse worden ook gebruikt bij andere soorten DNA-profilering. Voor RFLP, de stappen zijn:

  1. Scheid witte en rode bloedcellen met een centrifuge.
  2. Extraheer DNA-kernen uit de witte bloedcellen. Dit wordt gedaan door de cellen in heet water te baden, dan zout toevoegen, en het mengsel terug in de centrifuge te doen [bron:Universiteit van Arizona].
  3. Knip de DNA-streng in fragmenten met behulp van a restrictie-enzym.
  4. Plaats fragmenten in het ene uiteinde van een bed van agarosegel met elektroden erin. Agarosegel is gemaakt van agar-agar, een soort zeewier dat verandert in gelatine wanneer het wordt opgelost in kokend water.
  5. Gebruik een elektrische stroom om de DNA-segmenten op lengte te sorteren. Dit proces heet agarosegelelektroforese . Elektroforese verwijst naar het proces waarbij de negatief geladen moleculen met elektriciteit door de gel worden verplaatst. Kortere segmenten bewegen verder weg van hun oorspronkelijke locatie, terwijl de langere dichterbij blijven. De segmenten worden uitgelijnd in parallelle rijen.
  6. Gebruik een vel nitrocellulose of nylon om het DNA te verwijderen. Het vel is gekleurd zodat de verschillende lengtes van DNA-banden zichtbaar zijn voor het blote oog. Door de plaat te behandelen met straling, een autoradiografie is gecreëerd. Dit is een afbeelding op röntgenfilm achtergelaten door het vervalpatroon van de straling. De autoradiografie, met zijn kenmerkende donkergekleurde parallelle banden, is het DNA-profiel.

PCR (polymerasekettingreactie)-analyse is tegenwoordig meestal de eerste stap in het maken van een DNA-profiel. PCR kan een kleine hoeveelheid DNA repliceren om een ​​groter monster voor analyse te maken. Het doet dit met behulp van een herhalend proces dat ongeveer vijf minuten duurt. Eerst, een hittestabiel DNA-polymerase -- een speciaal enzym dat zich aan het DNA bindt en het laat repliceren -- wordt toegevoegd. Volgende, het DNA-monster wordt verwarmd tot 200 graden F (93 graden C) om de draden te scheiden. Vervolgens wordt het monster afgekoeld en opnieuw verwarmd. Opwarmen verdubbelt het aantal exemplaren. Nadat dit proces ongeveer 30 keer is herhaald, er is genoeg DNA voor verdere analyse.

PCR is de eerste stap bij het analyseren STR's (korte tandemherhalingen) , die erg klein zijn, specifiek allelen in een variabele nummertandemherhaling (VNTR). Allelen zijn genenparen die afwisselend op een bepaald punt voorkomen, of plaats, op een chromosoom. STR's worden verder uitgelegd in Hoe DNA-bewijs werkt. Het analyseren van STR's is nauwkeuriger dan de RFLP-techniek, omdat ze door hun kleine formaat gemakkelijker te scheiden en van elkaar te onderscheiden zijn.

Een variatie op STR-analyse is Y-STR. Alleen STR's gevonden op het Y-chromosoom (die alleen mannen hebben) worden geanalyseerd. STR-analyse is nuttig als het monster gemengd DNA heeft (van zowel mannen als vrouwen) of in gevallen van seksueel geweld met een mannelijke aanvaller. Y-STR wordt verder verwerkt net als een gewone STR.

AmpFLP , versterkt fragmentlengtepolymorfisme, is een andere techniek die PCR gebruikt om DNA te repliceren. Zoals RFLP, het gebruikt eerst een restrictie-enzym. Vervolgens, de fragmenten worden geamplificeerd met behulp van PCR en gesorteerd met behulp van gelelektroforese. Het voordeel van AmpFLP ten opzichte van andere technieken is dat het geautomatiseerd kan worden en niet veel kost. Echter, het DNA-monster moet van hoge kwaliteit zijn, anders kunnen er fouten optreden, wat het geval is met de meeste DNA-analysetechnieken. Analisten kunnen de tijd hebben om de langere strengen uit elkaar te houden omdat ze stevig opeengepakt zijn.

In dit artikel, we zullen kijken naar hoe DNA-profielen worden gebruikt en waarom het voor controverse zorgt.

Gebruik van DNA-profielen bij wetshandhaving

Raak DNA aan

DNA is vaak in het nieuws, maar een van de meest recente verhalen bevatte een nieuwe term:touch-DNA. Hoewel het nieuw is voor de media, touchDNA bestaat al enkele jaren. DNA wordt meestal gewonnen uit lichaamsvloeistoffen zoals bloed en sperma, die zich vaak bevinden door de vlekken die ze achterlaten. Touch-DNA omvat het terugwinnen van DNA uit huidcellen die door de dader zijn achtergelaten.

In de zaak JonBenet Ramsey, onderzoekers schraapten kleding die JonBenet had gedragen. Er was genoeg bewijs op twee verschillende plaatsen om een ​​DNA-profiel te maken dat overeenkwam met een profiel dat al uit bloed was gemaakt -- die beide toebehoren aan een man die geen familie is van JonBenet. Dit overtuigde de aanklagers ervan dat de familie Ramsey niet verantwoordelijk kon zijn voor de dood van JonBenet.

Zodra het profiel is aangemaakt, wat is het volgende? Het hangt er echt van af hoe het DNA-profiel wordt gebruikt. Als het is gemaakt op basis van DNA dat is teruggevonden in een strafrechtelijk onderzoek, openbare aanklagers in de Verenigde Staten zullen het opnemen in CODIS, het gecombineerde gegevensindexsysteem. CODIS is een computerprogramma dat wordt beheerd door de FBI, die databases door het hele land beheert. Deze databases bevatten meer dan vijf miljoen profielen. CODIS bevat verschillende indexen:

  • de Dader Index bevat de profielen van mensen die zijn veroordeeld voor verschillende misdaden. De misdaden die resulteren in opname in de Offender Index variëren afhankelijk van de staat, en ze variëren van bepaalde misdrijven tot seksuele misdrijven en moord.
  • De Arrestatie-index bevat profielen van mensen die zijn gearresteerd voor het plegen van specifieke gewelddadige misdrijven. De exacte misdaden verschillen ook per staat.
  • De Forensische Index bevat profielen uit bewijsmateriaal op de plaats delict, inclusief bloed, speeksel, sperma en weefsel.
  • De Index vermiste personen bestaat uit twee indexen:Unidentified Persons, die de profielen bevat die zijn hersteld van de overblijfselen van niet-geïdentificeerde personen en Reference, die profielen van familieleden van vermiste personen bevat. Deze twee indexen worden periodiek met elkaar vergeleken om te bepalen of het stoffelijk overschot van een vermiste persoon is teruggevonden.


    Foto met dank aan:Federal Bureau of Investigation (FBI)
    Dit is een voorbeeld van een DNA-profiel in de CODIS-database van de FBI.

CODIS gebruikt algoritmen om 13 verschillende STR-locaties te vergelijken, plus een die het geslacht van de persoon in kwestie bepaalt. Het heeft regels en waarborgen om de privacy te beschermen van mensen van wie de profielen in de database staan. De matching-algoritmen - die door een analist moeten worden bevestigd - kunnen aanwijzingen opleveren voor wetshandhaving of zelfs een potentiële aanvaller identificeren. Het nadeel van het gebruik van CODIS is dat het maar zo sterk is als het aantal opgenomen profielen, en er is een achterstand van meer dan een miljoen profielen die moeten worden ingevoerd.

Aanklagers kunnen ook DNA-experts gebruiken om profielen te matchen, terwijl ze zaken opbouwen waarbij er een hoge mate van zekerheid is over de aanvaller. Echter, DNA-profilering wordt steeds meer gebruikt voor mensen die zijn veroordeeld voordat het algemeen werd gebruikt, die eind jaren tachtig begon. Sinds het begin van de jaren negentig is veroordeelde criminelen hebben de nieuwste DNA-profileringstechnologie kunnen gebruiken als onderdeel van hun beroepsprocedure. De meeste staten hebben wetten die expliciet de rechten beschrijven die veroordeelde criminelen hebben op DNA-testen. In sommige gevallen, mensen kunnen op elk moment aanvullende tests aanvragen, terwijl in andere, zij moeten dit binnen enkele jaren na hun veroordeling doen.

Aandacht voor DNA-testen na veroordeling begon echt met een rapport van het National Institute of Justice uit 1996 waarin 28 mensen werden belicht die waren veroordeeld voor verkrachting en moord en die waren vrijgesproken vanwege latere DNA-testen. Sinds 1989, meer dan 218 veroordeelde criminelen zijn vrijgelaten nadat DNA-onderzoek hun onschuld aantoonde. De echte dader werd in 84 van die gevallen geïdentificeerd [bron:The Innocence Project].

Gebruik van DNA-profielen in genealogie


Kimberly Butler/Time Life Pictures/Getty Images
DNA-profielen die werden gebruikt om voorouders te matchen, koppelden Julia Jefferson Westerinen aan de derde president van de Verenigde Staten. De betovergrootvader van mevrouw Westerinen was Eston Jefferson, de zoon van Thomas Jefferson en Sally Hemings.

Afgezien van strafrechtelijke processen en beroepen, DNA-profilering is een belangrijk hulpmiddel geworden in de genealogie. Veel bedrijven bieden hiervoor DNA-profilering aan. Een van de grootste, Stamboom DNA, gebruikt Y-SRT-testen om de vaderlijke afstamming te bepalen en mtDNA (mitochondriaal DNA-testen) om de moederlijke afstamming te bepalen. Wanneer een embryo wordt verwekt, de mitochondriën - structuren in cellen die energie uit voedsel omzetten - komen uit de eicel van de moeder, terwijl het sperma van de vader alleen nucleair DNA bijdraagt ​​[bron:Human Genome Project, Amerikaanse National Library of Medicine]. Voor meer informatie over mtDNA, zie Hoe DNA-bewijs werkt.

Nationale DNA-database

Ook het aanmaken en bewaren van DNA-profielen is zeer controversieel. Aangezien de door CODIS doorzochte databases zijn uitgebreid met profielen van meer dan alleen veroordeelde criminelen, sommige mensen begonnen zich zorgen te maken over wat wetshandhavers, de overheid of zelfs particuliere bedrijven kunnen mogelijk iets met de informatie doen. Zodra uw profiel in een database staat, het kan alleen worden verwijderd via een gerechtelijk bevel. Als u een privédatabase gebruikt voor genealogische doeleinden, echter, u kunt de verwijdering van uw profiel aanvragen.

In april 2008 de Wet discriminatie genetische informatie werd ondertekend. Het is ontworpen om te voorkomen dat verzekeringsmaatschappijen en werkgevers mensen discrimineren die genetisch vatbaar zijn voor een ziekte. Om meer te weten te komen over wat uitbreidingen van DNA-databases voor de toekomst kunnen betekenen, zie hoe toekomstige misdaaddatabases zullen werken.

De profielen variëren in de hoeveelheid details die ze kunnen bieden en in hoe ver terug in je voorouders ze een match kunnen bepalen. Een Y-DNA67, bijvoorbeeld, kan een extreem nauwe band tussen voorouders laten zien. Het test het Y-chromosoom op genetische overeenkomsten tussen mannen. Een perfecte match van 67 markers op de DNA-streng van elke persoon betekent dat ze een gemeenschappelijke voorouder hebben in de recente geschiedenis [bron:Family Tree DNA]. Family Tree DNA onderhoudt databases van mensen die op zoek zijn naar voorouders, en als er een match is gevonden, beide partijen worden geïnformeerd.

Hoewel DNA-profilering voorouders kan onthullen, bedrijven die hierin gespecialiseerd zijn, voeren geen enkele vorm van testen uit die specifiek gericht zijn op het opsporen van erfelijke afwijkingen of ziekten. Echter, genetische test, waarbij meer betrokken is dan alleen DNA-profilering, helpt bij het onthullen van erfelijke aanleg voor sommige ziekten en geboorteafwijkingen. Tijdens genetische testen, DNA wordt geprofileerd en geanalyseerd samen met RNA, eiwitten en andere factoren.

Dus DNA-profilering kan erg nuttig zijn, maar hoe nauwkeurig is het bij het bepalen van een match? Family Tree DNA beweert dat het kan bepalen binnen een "99,99 procent kans van ja of een 100 procent kans dat er geen relatie bestond" in het geval van matching met een voorouder [bron:Family Tree DNA]. Dat lijkt me vrij onweerlegbaar, maar DNA-profilering, vooral in strafzaken, is niet onfeilbaar. In de volgende sectie, we zullen kijken naar enkele van de controverses die verband houden met DNA-profilering.

Controverse in DNA-profilering

Toen DNA-profilering voor het eerst werd gebruikt in strafzaken, het was vaak moeilijk voor aanklagers en advocaten, evenals de experts die ze hebben ingehuurd om te getuigen, om het belang van hun DNA-match aan de jury uit te leggen. Vingerafdrukken worden door de meeste mensen nog steeds beschouwd als een ijzersterke manier om iemand te identificeren, maar een expert die over vingerafdrukken getuigt, bespreekt ze in termen van 'punten van overeenkomst'. DNA-matches worden besproken in termen van statistische waarschijnlijkheid met behulp van wat momenteel bekend is over DNA-overeenkomst binnen de algemene bevolking. Dit bracht de jury vaak in verwarring of werd verkeerd geïnterpreteerd.


Rob Melnychuk /PhotoDisc/Getty Images
Een wetenschapper bekijkt een autoradiografie, dat is een van de eerste methoden voor DNA-profilering.


Bijvoorbeeld, een deskundige die getuigt over DNA-profilering voor de vervolging zou kunnen zeggen dat het DNA-profiel dat is gemaakt op basis van het bewijsmateriaal op de plaats delict een waarschijnlijkheid van 4 tot 5 heeft (of 80 procent kans) om overeen te komen met het DNA-profiel dat is gemaakt op basis van het monster van de verdachte. Zeggen dat de kans op een match 80 procent is, echter, is niet hetzelfde als zeggen dat de kans op schuld van de verdachte 80 procent is.

Anderzijds, een deskundige die getuigt over DNA-profilering voor de verdediging zou zoiets kunnen zeggen als:"De waarschijnlijkheid dat het DNA van deze persoon op de plaats delict is gevonden, maar hij heeft de misdaad niet begaan, is 1 op 10 (of 10 procent)." Dat is niet erg waarschijnlijk, maar het houdt geen rekening met het feit dat de verdachte niet zomaar een willekeurig persoon is die van de straat is geplukt. Het is niet waarschijnlijk dat het DNA-profiel de enige reden is waarom hij of zij is gearresteerd voor het misdrijf. DNA is slechts een stukje van een hele grote puzzel.

De DNA-profilering en de interpretatie ervan zijn onder vuur komen te liggen. RFLP-analyse werd gedeeltelijk stopgezet vanwege de mogelijkheid van fouten. De kans op een toevallige match met RFLP is 1 op 100 miljard. Echter, in laboratoriumomgevingen, dit risico is waarschijnlijk groter omdat technici soortgelijke patronen verkeerd kunnen interpreteren als identiek of de analyse anderszins onjuist uitvoeren. Een onderzoek uit 2002 naar de nauwkeurigheid van DNA-laboratoria in de Verenigde Staten, uitgevoerd door de Universiteit van Texas, toonde aan dat 1 op de 100 profielen een foutief resultaat kan geven.

STR-analyse is niet zo subjectief, maar elk DNA-profiel kan een vals resultaat geven als het besmet is. Hoewel er geen gedocumenteerde gevallen zijn geweest van een laboratoriummedewerker die opzettelijk een DNA-monster besmette, DNA-monsters zijn besmet of zelfs vervalst door criminelen om vervolging te voorkomen. 1992, Dr. John Schneeberger werd beschuldigd van het verkrachten van een van zijn patiënten terwijl ze verdoofd was. Er is een DNA-profiel gemaakt met behulp van het monster dat hij op het slachtoffer heeft achtergelaten. Een profiel van een monster van zijn bloed kwam niet overeen met het monster op de plaats delict, en de zaak was gesloten. Het slachtoffer hield vol, en uiteindelijk werd Dr. Schneeberger veroordeeld nadat aanvullende DNA-monsters een match vertoonden. Hij kon de eerste match vermijden door een drain in zijn arm te implanteren, gevuld met bloed van een andere man en een antistollingsmiddel, en vakkundig de technicus die zijn bloed heeft afgenomen dit vanaf die plek laat doen.

uiteindelijk, DNA-profilering is een geweldig hulpmiddel gebleken. Echter, het is slechts een van de vele instrumenten die worden gebruikt om de waarheid te vinden in strafrechtelijke onderzoeken, genealogisch zoeken en testen op ziekte. Er is zelden 100 procent zekerheid over iets.

Voor veel meer informatie over DNA-profilering en gerelateerde onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe DNA werkt
  • Hoe DNA-bewijs werkt
  • Hoe de toekomstige misdaaddatabase zal werken
  • Hoe bloed werkt
  • Hoe vingerafdrukken werken
  • Hoe biometrie werkt
  • Hoe de FBI werkt
  • Hoe de CIA werkt
  • Hoe de ACLU werkt
  • Bouwt de Amerikaanse regering een DNA-database op Gattaca-niveau?

Meer geweldige links

  • Kan DNA een oordeel eisen?
  • CODIS
  • Een DNA-vingerafdruk maken
  • DNA-vingerafdrukken wekt nieuwe zorgen op
  • Het Innocence-project

bronnen

  • Baden, Michaël. "DNA-profilering."
    http://www.kathyreichs.com/dnaprofiles.htm (23 juli, 2008.)
  • Baetke, Jacobus. "Ramsey doorbraak komt via 'touch-DNA'." De dagelijkse camera, 9 juli 2008.
    http://www.dailycamera.com/news/2008/jul/09/ramsey-breakthrough-comes-touch-dna/
  • facturering, PR, editor. "DNA op proef:genetische identificatie en strafrecht." Cold Spring Harbor-laboratoriumpers, 1992.
  • Brinton, Kate en Kim-An Lieberman. "Basisprincipes van DNA-vingerafdrukken." Afdeling Biologie, Universiteit van Washington, mei 1994.
    http://protist.biology.washington.edu/fingerprint/dnaintro.html
  • "Vergelijking van de staat DNA-wetten na veroordeling." Nationale Conferentie van Staatswetgevers, 2008.
    http://www.ncsl.org/programs/health/genetics/DNAchart.htm
  • Evans, Colin. "The Casebook van forensische detectie." Penguin Books Ltd, 2007.
  • Groleau, Rik. "Maak een DNA-vingerafdruk." NOVA-online, november 2000.
    http://www.pbs.org/wgbh/nova/sheppard/analyze.html
  • Onschuld project.
    http://www.innocenceproject.org/
  • Kirby, Lorne T. "DNA-vingerafdrukken:een inleiding." NS. Freeman en Bedrijf, 1992.
  • Wetteloos, Jill. "DNA-vingerafdrukken wekken nieuwe zorgen op." MSNBC, 8 september 2002.
    http://www.msnbc.msn.com/id/5944270/
  • Lee, Henry C. en Frank Tirnady. "Bloedbewijs:hoe DNA een revolutie teweegbrengt in de manier waarop we misdaden oplossen." Perseus Publishing, 2003.
  • bemannen, Lona. "Verkrachter, M.D." Crime Magazine, 6 februari 2004.
    http://www.crimemagazine.com/03/rapistmd, 0403.htm
  • Wals, Nick Patton. "Vrees voor valse uitslag over DNA-testen." De waarnemer, 27 januari 2002.
    http://www.guardian.co.uk/uk/2002/jan/27/ukcrime.research
  • "Wat is 'aanraak'-DNA?" CNN.com/misdaad, 2008.
    http://www.cnn.com/2008/CRIME/07/09/touch.dna.ap/index.html