Methodik

Kartierung der forensischen
Marker in der Rechtsmedizin
S. Lieske
Institut für Rechtsmedizin
der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
HIPPOKRATES (460 - 377 v. Chr.)
„Der Samen geht von dem gesamten Körper aus, gesunder von
gesunden Teilen; kranker von kranken Teilen. Wenn nun von den
Kahlköpfigen Kahlköpfige, von den Blauäugigen Blauäugige, von
den Schielenden Schielende in der Regel gezeugt werden; und bei
andern körperlichen Gebrechen dasselbe Gesetz obwaltet, was
hindert da, dass von Langköpfigen Langköpfige gezeugt werden?„
ARISTOTELES (384 - 322 v. Chr.)
Die Kinder werden ihren Eltern ähnlich geboren, sowohl am
ganzen Körper als auch an einzelnen Teilen. Und zwar zeigt sich
die Ähnlichkeit nicht nur in angeborenen, sondern auch in
erworbenen Eigenschaften. Denn es ist vorgekommen, dass, wenn
Eltern Narben hätten, die Kinder sie an derselben Stelle und in
derselben Form aufwiesen. In Chalkedon z.B. zeigte sich bei
einem Kind eines Vaters, der eine Brandmarke am Arm hatte,
derselbe Buchstabe, nur nicht mehr so scharf ausgeprägt, sondern
verschwommen."
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
•
Wissenschaftlich erstmals 1926 in Wien
– Anthropologisches Gutachten
• Äußere Merkmale
Untersuchungen polygen bedingter
Merkmale führen zu unsicheren
• Hinterkopfaufnahmen
und vielfach falschen Ergebnissen
• Kieferwinkelbreiten
•
23. April 1931 Verfügung des Obersten Wiener Gerichtshofs
– Fehlen einer erbbiologischen Untersuchung in einem
Vaterschaftsprozess sei Verfahrensfehler
•
Dunkle Epoche während nationalsozialistischer Zeit
– „Arierparagraph“ ab 1933
– „Amt für Rasseforschung“
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
Gregor Johann Mendel (1822-1884)
- Kreuzexperimente mit Pisum sativum
- „Mendelsche Regeln“
- „Vater der Genetik“
Karl Landsteiner (1868- 1943)
– Entdecker des A-,B,-0-Blutgruppensystems
– Entdeckung des Rhesusfaktors (Rh+, Rh-)
– 1930 Nobelpreis
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
•
•
Blutgruppensysteme fast 50 Jahre dominierend
Im Verlauf Entdeckung weiterer polymorpher Blutgruppensysteme
1900
Erytrozytäre, durch Antigen-AntikörperReaktion nachweisbare Merkmale
Jahr
A, B, 0
AB
1902
A1 A2
1911
2 Allel-Theorie
1924
MN
P
1927
RH
1940
CcCW D Ee
1945
Kk
Lu
1946
S
1947
Se/se Le a/b
1948
s
1951
Fy(a) Fy (b)
1953
Jk(a) Jk (b)
1953
2000
Krause, D. 1999
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
•
•
Serumelektrophorese (1955 Smithies)
erster Serummarker: Haptoglobin (Hp1, Hp2 primär)
1900
Protein- Systeme
Jahr
HP
1955
Gm
1956
Gc (Tf)
(1957)
1959
Ag Lp
C3 = Pt
1968/69
Or
Km
1973
C2/4/6/8 Bf Pi
Gc, Tf, Pi (IEF) PLG
2000
Krause, D. 1999
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
•
•
Erythrozytäre Enzympolymorphismen
Erweiterung der Untersuchungs- und Ausschlussmöglichkeiten
1900
Erythrozytäre Enzympolymorphismen
Jahr
SEP
1963
6 PDG
PGM
1964
ADA, AK
2000
GPT
1971
PGM (IEF) ESD
1973
GLO
1975
Enzym- Systeme
Krause, D. 1999
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
Thomas Hunt Morgan (1866- 1945)
-
Experimente mit Drosophila
Aufkläung der genetischen Kopplung
Entdeckung des Crossing-overs
Erste Chromosomenkarte
1933 Nobelpreis
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
Oswald Theodore Avery (1877- 1955)
- Desoxyribonukleinsäure als Träger der Erbsubstanz
- zusammen mit Colin M. McLeod und Maclyn McCarthy
- Im Laufe seiner Studien an Pneumokokken
Francis Harry Compton Crick (1916 – 2004)
James Dewey Watson (*1928)
– 1953
– räumliches DNA- Bild
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Geschichte
Dr. Edward Southern
-
1975 Southern Blotting
Visualisierung als Bandenmuster
radioaktive Exposition
- oder alternative Methoden (z.B. lichtemmittierende
Markierung)
Prof. Sir Alec Jeffreys (*1950)
-
1984 erster „DNA- Fingerprint“ als „Zufallsprodukt“
Zunächst Verwendung durch britische
Einwanderungsbehörde
Später auch zur Tätersuche/ -überführung
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
DNA- Polymorphismen
- Mutabilität
- z.B. durch ionisierende Strahlung (Hermann Joseph Muller - 1926)
- z.B. Replikationsfehler
- In codierenden und nichtcodierenden Abschnitten
- Struktur- und Längenunterschiede
Polymorphismen
Nucleotidaustausch
RFLPs
SNP
Repeatvarianten
- Untersch. Anzahl von Tandem repeats
- nahezu identische DNA- Blöcke
DNA- Chips
SNAP- Shots
Satelliten
Minisatelliten
Microsatelliten
(VNTRs)
(STRs)
MLS (multi locus systeme)
SLS (single locus systeme)
PCR- Systeme
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Nachweis von Polymorphismen
•
•
•
RFLPs
PCR
(restriction fragment length polymorphisms)
(polymerase chain reaction)
•
Restriktionsenzyme
elekrophoretische Auftrennung
Southern-Blot (früher mit
radioaktiven DNA- Sonden)
•
gezielte Vermehrung von DNAAbschnitten
Viele Loci gleichzeitig möglich
(z.B.: Powerplex 16)
Nachteil
•
•
•
Hohe DNA Mengen nötig (ca. 5- 10
μg)
Hochmolekulare DNA
Überlagerung mehrerer Proben
•
geringe Spurenmengen nötig (ca.
0,2- 2 ng)
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DNA- Polymorphismen
•
Vielzahl polymorpher DNA- Marker → geeignete Auswahl möglich
– Gute Handhabbarkeit
• Internationale Nomenklatur (Repeatanzahl)
• Robuste Systeme
• Klare Ergebnisse (geringe Neigung zu Stotterbanden)
– Hohe forensische Effizienz
• Polymorphic information content (PIC)
• Power of discrimination (PD)
• AVACH
STR - Systeme
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Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Abstammungsbegutachtung
•
Mindestens 12 Systeme auf 10 Chromosomen:
ErythrozytenMembranantigene
Serum- Proteinsysteme
AB0
MNSs
RH (Rhesus)
JK (Kidd)
FY (Duffy)
GC (Group-specific
component)
PI (Alpha-1-Antitrypsin)
F13B (Faktor-13B)
HP (Haptoglobin)
A2HS (Alpha-2-HS)
ORM (Orosomucoid)
TF (Transferrin)
PLG (Plasminogen)
BF (Properidin-Faktor B)
C3 (3. Komplementkomponente)
•
ErythrozytenEnzymsysteme
HLASystem
PGM1 (Phosphoglucomutase-1)
ACP (Acid phosphatase)
GPT (Glutamat- PyruvatTransaminase)
GLO (Glyoxalase)
ESD (Esterase D)
Serologisch
nachweisbare
Antigene der
weissen Blutkörperchen
DNA-Single-Locus-Polymorphismen
SLS- Systeme
STR- Systeme
z.B.:
D14S13
MS31
MS43A
MS8
YNH24
TPQ7
D3S1358
FGA
ACTBP2
D8S1179
THO1
VWF
D18S51
D21S11
Normalerweise werden die beiden DNA- Systemkategorien verwendet.
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik – Medline Recherche
•
1990 - 2003
Forensic Science
International
•
•
Journal of
Forensic Science
International Journal
of Legal Medicine
Proceedings der ISFH
Suche mit dem Medline- System und PubMed
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik - Gendatenbanken
Genome Database: GDB
www.gdb.org
– 1990 an der „John Hopkins University“ gegründet
– 1999 vom „Bioinformatics Supercompuing Centre“ (BiSC) übernommen
National Center for Biotechnology Information: NCBI
www.ncbi.nlm.nih.gov
- 1988 von C. Pepper als Teil der „National Library of Medicine“ gegründet
- umfangreiches System
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik - Gendatenbanken
Center for Medical Genetics: CFMG
http://research.marshfieldclinic.org/genetics/
– 1994 als Teil der privaten „Marshfield Medical Research Foundation“
– Schwerpunkt in der Suche nach krankheitsverursachenden Genen
Cooperative Human Linkage Centre: CHLC
– Staatlich unterstütztes Genom- Zentrum
– Unter der Leitung von Jeffrey C. Murray
www.chlc.org
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik RH- Mapping
•
Unklare Datenlage für SE33, D3S1358 und D7S1517
– SE33:
• Hochpolymorphes System (79 Allele für deutsche Population)
• Hohe Diskriminationskraft (PD) und AVACH
• Eigentlicher Name ACTBP2 (human beta-actin related pseudogene
H-beta-Ac-psi-2)
• von GDB unter ACTBP8 geführt (ACTBP2 → Chromosom 5)
• von NCBI dem Chromosom 6 zugeordnet
– keine Angaben für D7S1517 und D3S1358
Lagebestimmung
durch RH- Mapping
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik RH- Mapping
•
•
•
•
Erzeugung von Chromosomenbruchstücken
Fusionierung mit Hamsterzellen (Hybridzellen)
Stanford G3 Radiation Hybrid Pannel RH01 (83 Proben)
Untersuchung mittels PCR und Southern- Blot → Retentionsprofil
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik RH- Mapping
D3S1358
0000010000000000000100000000000000100000010001100010000000000001010000100R001000000
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Duplicate markers are indicated with a (D) after the marker name,
a LOD score is now given for duplicates.
Reference Number:
D3s1558
Stanford RH Panel:
G3
Lowest LOD Reported: 4
Chromosome Value:
0
Results for G3.exampl
----------------------------------------Submitted
Vector:0000010000000000000100000000000000100000010001100010000000000001010000100R001000000
#
SHGCNAME
CHROM#
LOD_SCORE
DIST.(cRs)
1
SHGC-79299(D)
3
14.04
0
Vector:00000100000000000001000000000000001000000100011000100000000000010100001001001000000
2
SHGC-21606(D)
3
14.04
0
Vector:0000010000000000000100000000000000100000010001100010000000000001010000100R001000000
3
SHGC-10592(D)
3
14.04
0
Vector:00000100000000000001000000000000001000000100011000100000000000010100001001001000000
The number of markers searched was 9817.
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Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik RH- Mapping
D3S1358
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik RH- Mapping
D7S1517
00000110000000000000000000101000100000000000000100001000000000010100010000000000000
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Duplicate markers are indicated with a (D) after the marker name,
a LOD score is now given for duplicates.
Reference Number:
Stanford RH Panel:
G3
Lowest LOD Reported: 4
Chromosome Value:
0
Results for D7S1517
----------------------------------------Submitted
Vector:00000110000000000000000000101000100000000000000100001000000000010100010000000000000
#
SHGCNAME
CHROM#
LOD_SCORE
DIST.(cRs)
1
SHGC-22049
7
6.38
32
Vector:00000110000000000000000000101000100000000000000100100000R0000001010100000R000000010
2
SHGC-1916
7
6.28
29
Vector:000000100000000000000000001010001000000000000001R0000000000000010100000000000000100
3
SHGC-772
7
5.51
46
Vector:00000110000000000000000000101000100001000000000110101000100000010101000001000000010
The number of markers searched was 9817.
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Methodik RH- Mapping
D7S1517
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Methodik RH- Mapping
Se33
01000001000000001100000000100000000000000000000001100000001100010110010111001000000
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Reference Number:
Stanford RH Panel: G3
Lowest LOD Reported:
Chromosome Value:
0
4
Results for G3.se33
----------------------------------------Submitted
Vector:01000001000000001100000000100000000000000000000001100000001100010110010111001000000
#
SHGCNAME
CHROM#
LOD_SCORE
DIST.(cRs)
1
RH111861
6
13.79
9
Vector:01000001000000001100000000000000000000000000000001100000001000010110010111001000000
2
SHGC-103889
6
12.69
13
Vector:01000001000000001100000000000000000000000000000001100000001001010110010111001000000
3
SHGC-79338
6
12.10
13
Vector:01000001000000001100000000000000000000000000000001100000001000010110010111000000000
The number of markers searched was 9817.
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Methodik RH- Mapping
Se33
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Methodik
•
Zum jetzigen Zeitpunkt
wäre Arbeit einfacher zu
erstellen.
http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/
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Methodik
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 3
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 4
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 6
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 8
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 11
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 12
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse – Chromosom 18 und 21
NCBI ___________
nicht abgefragt: *
GDB - - - - - keine Angaben: Ø
(G) Genethon, (S) Sanger Centre, (WT) WTCHG, (W) Whitehead, (U) UC, (F) Stanford,
(M) Marshfield, (C) CHLC, (R) Rockefeller (§) Bacher et. al. 2000 (Publikation)
($) Werte stehen z.T. in Konflikt mit Angaben anderer Gendatenbanken
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ergebnisse - Demonstrationsbeispiel
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Zusammenfassung
•
•
•
•
In der Regel Kombination von Markern auf unterschiedlichen Chromosomen
Wenn mehrere Marker eines Chromosoms, dann Klärung der Lokalisation
unumgänglich
Nur bei gesicherter unabhängiger Vererbung kombinierte Anwendung
Jedoch bei eng gekoppelten Markern Aufklärung von Defizienzfällen über
mehrere Generationen möglich (Bsp.: Rh-Locus)
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Aktuelle Bedeutung
„Hier sitzen Männer, vom Zweifel geplagt…“
BILD Zeitung
Institut für Rechtsmedizin der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Vielen Dank
Institut für Rechtsmedizin
der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg