IL DNA fingerprinting umano oggiProf.ssa Claudia Donnini, Università di Parma

Bologna, 7 settembre 2005

 1) Che cosa significano sigle e numeri?

2) Come si è arrivati all’uso di questa tipologia di profilo e perché?

Campione XY Campione YZ

Sesso Femminile Sesso Maschile

TH01 8-9 TH01 6-7

D21S11 30.2-31 D21S11 28-32.2

D18S51 13-19 D18S51 16-19

vWA 16-18 vWA 18-18

FGA 21-21 FGA 21-23

D8S1179 8-10 D8S1179 11-12

TPOX 8-8 TPOX 11-11

CSF1PO 11-12 CSF1PO 10-10

D16S539 10-12 D16S539 8-13

D7S820 7-12 D7S820 11-11

D13S317 9-12 D13S317 10-12

D5S818 12-13 D5S818 11-13

D3S1358 14-16 D3S1358 16-18

D19S433 13-14 D19S433 14-16

D2S1338 16-23 D2S1338 18-20

Il DNA nucleare della specie Homo sapiens

è costituito da:  

23 cromosomi nelle cellule della linea germinale,

contenuto in DNA: circa 3x109 paia di basi (bp)

 

23 coppie di cromosomi nelle cellule somatiche,

contenuto in DNA: circa 2x3x109 paia di basi (bp)

aatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagcactccaccaaatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagtacgatgtctactcgtccacatctttcataccgtccacgtcgaaaaacactaacactaacgttagtaagcagcagcagcagcctcaaaacttactccatgttcttccaacaggtttttgttcaacaaaagcagcctaattctcaggaaagtaatggtagcaacaataacagcggcacacaaggacctggttccatgaatgagagttattctcttgacaattcataacacaaccaataccaatatgacgagacaaccaaccaccttaactagagcaaccgatgctatgactacggcacctacgacaccaattccatacaagaacactagtggaagcagcaataacaatctatggattgaatcgcccatgacaaatttcaagggttccaccatcagtaaaagtactaataagagcaaaatggttaatactggtaaaaattatattttagggggccacaataaagttaaaaacaacagtagagctcaatcaatacatatagatgactttgaaaatgagaacaattaattatctctgcggaagactaagacaatcaaaatatgtattcttactatcataattaaatatttttatcgttattaattattattattattactattattattattattattattattattattattatttattatttattaattattaattgttaatattattaattcttgtctattgtcttttgatttatctgcccgccaaaaacttgtcagcgtatcagtccatgtgtgggaagggcaacggtaaacttcttaaagttatgtttaaaaaatcaactttctttccaagctttgaaagattacatcacattgtggaatgacggttctgaagtttataatgcatttataaggagcttttctatgaagagcaaccaaagattaagccaataaaactaacaacatctgacttgctgaaattattccctgaggatgttcaatttgtgatatccactccaccaaatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagtacgatgtctactcgtccacatctttcataccgtccacgtcgaaaaacactaacactaacgttagtaagcagcagcagcagcctcaaaacttactccatgttcttccaacaggtttttgttcaacaaaagcagcctaattctcaggaaagtaatggtagcaacaataacagcggcacacaaggacctggttccatgaatgagagttattctcttgacaattcataacacaaccaataccaatatgacgagacaaccaaccaccttaactagagcaaccgatgctatgactacggcacctacgacaccaattccatacaagaacactagtggaagcagcaataacaatctatggattgatcgcccatgacaaatttcaagggttccaccatcagtaaaagtactaataagagcaaaatggttaatactggtaaaaattatattttagggggccacaataaagttaaaaacaacagtagagctcaatcaatacatatagatgactttgaaaatgagaacaattaattatctctgcggaagactaagacaatcaaaatatgtattcttactatcataattaaatatttttatcgttattaattattattattattactattattattattattattattattattattattatttattatttattaattattaattgttaatattattaattcttgtctattgtcttttgatttatctgcccgccaaaaacttgtcagcgtatcagtccatgtgtgggaagggcaacggtaaacttcttaaagttatgtttaaaaaatcaactttctttccaagctttgaaagattacatcacattgtggaatgacggttctgaagtttataatgcatttataaggagcttttctatgaagagcaaccaaagattaagccaataaaactaacaacatctgacttgctgaaattattccctgaggatgttcaatttgtgatatccactccaccaaatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagtacgatgtctactcgtccacatctttcataccgtccacgtcgaaaaacactaacactaacgttagtaagcagcagcagcagcctcaaaacttactccatgttcttccaacaggtttttgttcaacaaaagcagcctaattctcaggaaagtaatggtagcaacaataacagcggcacacaaggacctggttccatgaatgagagttattctcttgacaattcataacacaaccaataccaatatgacgagacaaccaaccaccttaactagagcaaccgatgctatgactacggcacctacgacaccaattccatacaagaacactagtggaagcagcaataacaatctatggattgaatcgcccatgacaaatttcaagggttccaccatcagtaaaagtactaataagagcaaaatggttaatactggtaaaaattatattttagggggccacaataaagttaaaaacaacagtagagctcaatcaatacatatagatgactttgaaaatgagaacaattaattatctctgcggaagactaagacaatcaaaatatgtattcttactatcataattaaatatttttatcgttattaattattattattattactattattattattattattattattattattattatttattatttattaattattaattgttaatattattaattcttgtctattgtcttttgatttatctgcccgccaaaaacttgtcagcgtatcagtccatgtgtgggaagggcaacggtaaacttcttaaagttatgtttaaaaaatcaactttctttccaagctttgaaagattacatcacattgtggaatgacggttctgaagtttataatgcataaagttatgtttaaaaaatcaactttctttccaagctttgaaagattacatcacattgtggaatgacggttctgaagtttataatgcatttataaggagcttttctatgaagagcaaccaaagattaagccaataaaactaacaacatctgacttgctgaaattattccctgaggatgttcaatttgtgatatccactccaccaaatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagtacgatgtctactcgtccacatctttcataccgtccacgtcgaaaaacactaacactaacgttagtaagcagcagcagcagcctcaaaacttactccatgttcttccaacaggtttttgttcaacaaaagcagcctaattctcaggaaagtaatggtagcaacaataacagcggcacacaaggacctggttccatgaatgagagttattctcttgacaattcataacacaaccaataccaatatgacgagacaaccaaccaccttaactagagcaaccgatgctatgactacggcacctacgacaccaattccatacaagaacactagtggaagcagcaataacaatctatggattgaatcgcccatgacaaatttcaagggttccaccatcagtaaaagtactaataagagcaaaatggttaatactggtaaaaattatattttagggggccacaataaagttaaaaacaacagtagagctcaatcaatacatatagatgactttgaaaatgagaacaattaattatctctgcggaagactaagacaatcaaaatatgtattcttactatcataattaaatatttttatcgttattaattattattattattactattattattattattattattattattattattatttattatttattaattattaattgttaatattattaattcttgtctattgtcttttgatttatctgcccgccaaaaacttgtcagcgtatcagtccatgtgtgggaagggcaacggtaaacttcttttataaggagcttttctatgaagagcaaccaaagattaagccaataaaactaacaacatctgacttgctgaaattattccctgaggatgttcaatttgtgatatccactccaccaaatacaataacttcagcatcaacaagcgataattgatcatcacaatcagctgcgcagaaaaatattgaaaactttactacgttatcgaagtacgatgtctactcgtccacatctttcataccgtccacgtcgaaaaacactaacactaacgttagtaagcagcagcagcagcctcaaaacttactccatgttcttccaacaggtttttgttcaacaaaagcagcctaattctcaggaaagtaatggtagcaacaataacagcggcacacaaggacctggttccatgaatgagagttattctcttgacaattcataacacaaccaataccaatatgacgagacaaccaaccaccttaactagagcaaccgatgctatgactacggcacctacgacaccaattccatacaagaacactagtggaagcagcaataacaatctatggattgaatcgcccatgacaaatttcaagggttccaccatcagtaaaagtactaataagagcaaaatggttaatactggtaaaaattatattttagggggccacaataaagttaaaaacaacagtagagctcaatcaatacatatagatgactttgaaaatgagaacaattaatta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25.000 caratteri

1985. Il Dr Alec Jeffreys i suoi collaboratori, dell’Università di Leicester, in Inghilterra,

- mettono in evidenza l’esistenza di profili individuali (il fingerprinting del DNA) e

- dimostrano, con le loro analisi, l’esistenza di una relazione familiare cioè di una compatibilità ereditaria risolvendo una disputa in un caso di immigrazione

 

(Jeffeys et al., 1985, Nature 314: 67-73; Jeffeys et al, 1985 Nature 316: 76-9 ; Jeffrey et al., 1985, Nature 317: 818-9)

Jeffreys e coll. scoprono che

esistono nel DNA umano delle regioni

(minisatelliti/VNTR= Variable Number Tandem Repeat)

in cui brevi sequenze di DNA (da 10 - 15 bp)

vengono ripetute in tandem numerose volte e

in più loci sui cromosomi e

che il numero di ripetizioni è altamente variabile nei diversi

individui

da Brooker, Genetica, ed. Zanichelli

Questo metodo di fingerprinting viene definito: Multilocus RFLP-VNTR

RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) indica che, a causa del numero variabile di

ripetizioni, vengono creati dal taglio con un enzima di restrizione, frammenti di DNA di diverse dimensioni.

da Snustad-Simmons, Principi di Genetica, Edises II ed.

Single-locus RFLP-VNTR

(Restriction Fragment Length Polymorphism-Variable Number Tandem Repeat Polymorphism)

 

VNTR: numero variabile di ripetizioni seriali (tandem repeats) (da 9 a 40bp che possono essere ripetute anche centinaia o migliaia di volte, dimensione da 500 a 23000 bp)

Single-locus: ripetizione localizzata in un solo locus cromosomale.

Di conseguenza se applico lo stesso protocollo sperimentale di Jeffreys et al.

e uso come sonda una Single-locusVNTR

verranno individuati

due frammenti se l’individuo è eterozigote (ha ricevuto dai genitori DNA con numero diverso di

ripetizioni).

un unico frammento se l’individuo è omozigote (ha ricevuto da entrambi i genitori DNA con lo stesso

numero di ripetizioni)

1986. Negli Stati Uniti viene ammessa per la prima volta in tribunale un’analisi con RFLP, in un caso di stupro (Stato della Florida contro Tommy Lee Andrews).

1987. L’analisi del DNA a fini forensi subisce una battuta di arresto. A New York, nel processo contro Joseph Castro, la corte sceglie di rendere inammissibile l’analisi del DNA ai fini della inclusione.

Il problema può essere così riassunto

“la cosa da cui la deduzione è fatta deve essere sufficientemente stabilita per avere una generale accettabilità nel particolare campo

a cui si riferisce”

In particolare nel processo in questione per decidere l’ammissibilità la corte chiede che la prova del DNA deve rispondere a tre criteri: 

1) E’ fondata la teoria che riguarda l’analisi del DNA? 

2) Le tecniche utilizzate nell’analisi sono in grado di

produrre risultati affidabili?

3)  In questo caso i test sono stati eseguiti in modo corretto?

Tale decisione è il fattore che più ha contribuito a aumentare l’attenzione sulla emissione di normative per la

certificazione di qualità e la standardizzazione dell’analisi.  

Vantaggi:

Riproducibilità - Elevato potere discriminatorio

Svantaggi:

-  Richiedere quantità discrete di DNA (50-500ng) e quindi il non potere essere utilizzato a partire da tracce biologiche e

- di richiedere tempi abbastanza lunghi.

Si sono quindi cercate, per l’analisi del fingerprinting,

nuove regioni ripetute nel DNA

ma sufficientemente brevi per potere essere amplificate per PCR anche in caso di

degradazione parziale del DNA:

- microsatelliti / STR (Short Tandem Repeat polymorphism)

L’amplificazione di una STR darà origine a

due bande se l’individuo è eterozigote

un'unica banda se l’individuo è omozigote

Numerose STR sono state validate e se ne é stabilito nelle diverse popolazioni umane la frequenza delle

singole ripetizioni

(Hammond et al, 1994 Am J Hum Genet 55:175-189; Garofano et al, 1998 J Forensic Sci 43: 837-840; Garofano et al., 1998 Forensic Science Int. 97: 53-60)

ENFSI CODIS

(7 loci) (13 loci)

TH01 TH01

D21S11 D21S11

D18S51 D18S51

vWA vWA

FGA FGA

D8S1179 D8S1179

  TPOX

  CSF1PO

  D16S539

  D7S820

  D13S317

  D5S818

D3S1358 D3S1358

ENFSI (European Network of Forensic Science Institutes)CODIS (Combinated DNA Index System) della FBI.

Per rendere il più efficace possibile l’analisi da traccia

l’amplificazione delle STR

e di una regione del gene dell’amelogenina, che serve per l’identificazione del sesso,

viene fatta contemporaneamente.

L’allineamento tra

 

il gene dell’amelogenina umana presente sul cromosoma X

il gene dell’amelogenina umana presente sul cromosoma Y

 

ha messo in evidenza alcune differenze

 In particolare c’e una regione lunga

106 pb sull’X

112 pb sull’Y 

L’amplificazione di questa regione permette di distinguere tra ♀♂

 

♀: se c’è una unica banda da 106 pb

♂ : se ci sono due bande, una da 106 pb e una da 112 pb

Per potere distinguere i prodotti di amplificazione delle singole STR

i primers (oligonucleotidi) per l’amplificazione sono legati a diverse molecole fluorescenti

(generalmente da 3 a 5).

Per ovvie ragioni ad una identica molecola fluorescente vengono legati primers che amplificano regioni di

diversa dimensione e quindi non confondibili.

La ragione dell’uso di primers fluorescenti è legata al fatto che l’analisi degli amplificati viene fatta con un sistema di elettroforesi capillare che consente di distinguere gli amplificati sulla base del colore .

Ar +LASER(488 nm)

Sample injection

Sample separation

Capillary

Mixture of dye-labeled

PCR product fromMultiplex PCR

reaction

Sample Detection

CCD Panel

Color Separation

ABI Prismspectrograph

Fluorescence

Il capillare, che contiene una

soluzione polimerizzante, è

dotato di una finestrella attraverso

la quale il laser eccita ad una precisa lunghezza d’onda il campione di DNA marcato con un

determinato fluoroforo che ne

permette l’identificazione.

Le bande, la cui dimensione dipende dal numero di ripetizioni, vengono trasformate in picchi.

Si possono anche utilizzare programmi che trasformano i picchi in numeri

Campione XY Campione YZ

Sesso Femminile Sesso Maschile

TH01 8-9 TH01 6-7

D21S11 30.2-31 D21S11 28-32.2

D18S51 13-19 D18S51 16-19

vWA 16-18 vWA 18-18

FGA 21-21 FGA 21-23

D8S1179 8-10 D8S1179 11-12

TPOX 8-8 TPOX 11-11

CSF1PO 11-12 CSF1PO 10-10

D16S539 10-12 D16S539 8-13

D7S820 7-12 D7S820 11-11

D13S317 9-12 D13S317 10-12

D5S818 12-13 D5S818 11-13

D3S1358 14-16 D3S1358 16-18

D19S433 13-14 D19S433 14-16

D2S1338 16-23 D2S1338 18-20

Se confronto profili individuali:

 

 

NON identità genetica: ESCLUSIONE

 

IDENTITA’ genetica: COMPATIBILITA’

Il più importante limite dell’analisi del DNA in criminalistica è rappresentato dai gemelli monozigotici

In quest’ultimo caso,

viene effettuata un’analisi statistica dei risultati ed infine viene fornita una percentuale di attribuzione che sarà tanto più prossima al 100% quanto maggiore

sarà il numero di regioni del DNA analizzate.

Generalmente l’analisi da 9 a 15 STR consente di raggiungere una percentuale di attribuzione superiore al

99,9999%.

Testi consigliati

 

John M. Butler

"Forensic DNA typing: biology and technology behind STR markers".

1a ed

ACADEMIC PRESS 2001

N. Rudin and K. Inman,

“An introduction to Forensic DNA analysis”

Second edition

CRC Press 2002

 

Indirizzi web utili

ENSFI http://www.enfsi.org/ewg/dnawg/tor/

CODIS http://www.fbi.gov/hq/lab/codis/index1.htm

DNA e crimine

http://www.ncsl.org/programs/health/genetics/dna.htm

http://www.denverda.org/html_website/denver_da/DNA_Resources_index.html

  http://www.denverda.org/html_website/denver_da/DNA_resources.html

 http://www.ncsl.org/programs/health/genetics/DNAadmiss.htm

http://www.alalinc.net/library/rguides/dna_research.pdf

http://www.nap.edu/readingroom/books/DNA/