Door Jacob Stutsman | Bijgewerkt op 24 maart 2022

DNA:de blauwdruk van het leven

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) draagt de overgeërfde instructies die elk levend organisme definiëren. De dubbele helixstructuur bestaat uit twee met elkaar verweven strengen, elk samengesteld uit nucleotiden. Adenine paren met thymine en guanine paren met cytosine. In de cellen sturen deze basenparen de eiwitsynthese, maar ze bevatten ook een schat aan informatie die wetenschappers kunnen ontcijferen.

Chromosomen en genetische variatie

DNA is verpakt in chromosomen:strakke bundels die per soort in aantal variëren. Mensen bezitten 23 paren; vrouwtjes hebben twee X-chromosomen, terwijl mannetjes één X en een Y dragen. Specifieke posities op een chromosoom worden loci genoemd, en verschillende vormen op een locus worden allelen genoemd. Omdat elk kind een unieke combinatie van ouderlijke allelen erft, kunnen subtiele genetische verschillen worden gebruikt om individuen te identificeren.

DNA-monsters verzamelen

Voor nauwkeurig DNA-onderzoek zijn schone, niet-verontreinigde monsters nodig. Wattenstaafjes worden vaak gebruikt om cellen van iemands wang te verzamelen, maar vrijwel elk vocht of weefsel (bloed, speeksel, haar of zelfs een afgenomen voorwerp) kan worden geanalyseerd. Mensen verschillen in ongeveer een tiende van een procent van hun DNA, grofweg drie miljoen basenparen op een totaal van drie miljard.

DNA amplificeren met PCR

Polymerase Chain Reaction (PCR) is de hoeksteen van moderne DNA-analyse. Een thermische cycler – een programmeerbaar instrument dat verwarmings- en koelcycli afwisselt – scheidt DNA-strengen en versterkt ze vervolgens. Zelfs minuscuul of gedegradeerd materiaal kan worden vergroot tot duizenden kopieën, waardoor downstream-testen mogelijk zijn.

Specifieke sequenties detecteren met probes

Na amplificatie markeren DNA-sondes (korte, gelabelde strengen die complementaire sequenties binden) de doelgebieden. Traditioneel worden radioactieve of fluorescerende tags bevestigd, waardoor voor elk individu een uniek bandenpatroon ontstaat. Het gebruik van vier tot zes sondes zorgt voor een robuuste match terwijl de kosten beheersbaar blijven.

Elektroforese en korte tandemherhalingen (STR's)

Short Tandem Repeats, of STR's, zijn herhalende DNA-motieven die op 13 loci in het hele genoom worden aangetroffen. Na PCR scheidt gel- of capillaire elektroforese fragmenten op grootte onder een elektrisch veld. Visualisatiekleurstoffen (zilverkleuring, ethidiumbromide of fluorescerende kleurstoffen) maken de patronen zichtbaar. De kans dat twee niet-verwante mensen hetzelfde STR-profiel delen is ongeveer één op een miljard, wat een zeer betrouwbare identificatie garandeert.

Door deze technieken (PCR-amplificatie, probe-hybridisatie en elektroforetische scheiding) te combineren, kunnen wetenschappers vol vertrouwen DNA uit diverse bronnen analyseren en individuen met buitengewone precisie matchen.