Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Molekulární biologie a kriminalistika

Rozhodne DNA o vině či nevině obžalovaného?
 |  5. 11. 1996
 |  Vesmír 75, 605, 1996/11

Mnoho laboratoří ve světě je zapojeno do Projektu lidského genomu „HUGO“ (Human Genome Project, viz Vesmír 70, 326, 1991/6), jehož cílem je analýza a pochopení organizace našeho genetického materiálu. Nově získané znalosti by umožnily v bodoucnu kvalifikované zásahy do struktury DNA – např. léčení dědičných chorob, rakoviny a možná i ovlivnění stárnutí. Molekulárně-biologické metody a poznatky získané při tomto výzkumu se od druhé poloviny 80. let využívají i v oblasti zdánlivě odlehlé – v kriminalistice. Dá se říci, že analytické metody založené na DNA jsou nyní nejrychleji se rozvíjejícím odvětvím kriminalistické biologie.

Porovnáním DNA z biologického materiálu zajištěného na místě činu (krev, sliny, sperma, vlas) a DNA podezřelých osob lze určit pachatele s daleko větší spolehlivostí než dosud obvyklými metodami sérologickými, které se používají v kriminalistice přibližně od počátku tohoto století. Tehdy Uhlenhut vypracoval metodu, jak pomocí protilátek rozlišit krev lidskou a zvířecí. Pachatelé se již nemohli hájit tím, že krev nacházející se na jejich triku nepochází od oběti, nýbrž např. ze zabijačky (zkoušejí to však doposud). Později Jan Janský objevil základní krevní skupiny (A, B, 0, AB) a brzy byly popsány další skupinové znaky (M, N, Rh a další). Spektrum těchto znaků je velmi rozsáhlé.

Analýza DNA má však přesto některé výhody před metodami sérologickými

  • Molekula DNA je daleko stabilnější než antigeny a enzymy zkoumané sérologicky. Např. krevní skupiny systému AB0 lze určit sice u vzorků několik desítek let starých, ale ostatní krevní skupiny vyžadují většinou krev čerstvou, protože jejich proteinové molekuly rychle denaturují. Naopak molekuly DNA – pokud nejsou uloženy ve vlhku či na přímém slunečním světle – vydrží velmi dlouho a jsou známy případy analýzy úseků DNA u vzorků starých tisíce let, kdy žádná sérologická analýza není již možná (např. egyptské mumie).
  • V DNA se vyskytuje nepřeberně míst, kde se mohou dva jedinci lišit (výjimkou jsou jednovaječná dvojčata).
  • Analytické DNA metody jsou daleko citlivější než sérologické a některé analýzy lze provést i s množstvím DNA obsaženým v jediné buňce.

Próba pro více lokusů

První případy využití analýzy DNA pro řešení kriminalistických případů se vyskytly koncem 80. let ve Velké Británii. O několik let dříve totiž zakladatel kriminalistické analýzy DNA, Alec J. Jeffreys z Univerzity v Leicesteru, objevil při studiu myoglobinového genu v jednom z jeho intronů (nukleotidových sekvencí uvnitř genu) 4krát za sebou se opakující sekvenci 33 bází (s častým zastoupením G a C). Když si tuto sekvenci vyklonoval, radioaktivně označil a použil jako hybridizační próbu (krátký úsek DNA nějakým způsobem označený) na lidské DNA (metoda Southern blotting), dostal charakteristické „vzory“, lišící se svým vzhledem od jedné osoby k druhé (výjimkou byla jednovaječná dvojčata) – obr. obrázek.

Tyto obrazce byly svým vzhledem podobné čárovému kódu používanému k označování zboží a svou mnohotvárností připomínaly jiný charakteristický prvek z kriminalistiky – otisky prstů. Odtud byl jen krůček k novému pojmu.

„Otisky prstů“ na DNA

Při vší své mnohotvárnosti dodržují tyto obrazce jisté genetické zákonitosti. To umožnilo využít je koncem 80. let ve Velké Británii mimo jiné pro dokazování paternity i vzdálenějších příbuzenských vztahů v soudních případech s imigranty.

Výše zmíněná metoda používající próbu pro více lokusů (multi-locus) má však z kriminalistického hlediska dvě podstatné nevýhody.

  • Pro značnou složitost „vzorů“ není snadné rozhodnout, kdy jde o DNA jednoho člověka a kdy o směs více osob.
  • Podobné „vzory“ dostaneme i při použití DNA zvířecí, rostlinné či bakteriální.

Uvedené nedostatky odstraňují tzv. próby pro jeden lokus (single-locus), které přihybridizují k jednomu specifickému místu (lokusu) na některém chromozomu. Pro kriminalistické účely se vybírají próby specifické pro lidskou DNA, které hybridizují k tzv. VNTR lokusům (Variable Number of Tandem Repeats – místa s proměnným počtem tandemových opakování nukleotidů), jejichž sekvence se u různých lidí skládá vlastně z různého počtu opakování nějakého základního motivu (např. 16bázového na lokusu MCT118 na 1. chromozomu). Protože se chromozomy vyskytují v párech, výsledkem takového testu je detekce dvou alel (jedinec je v tomto lokusu heterozygotní), nebo jedné alely (jedinec je v tomto lokusu homozygotní) obr. obrázek. Získané obrazce jsou daleko jednodušeji interpretovatelné a směs např. dvou lidských DNA by se většinou projevila přítomností 3 – 4 proužků.

Dalším podstatným rozdílem proti vícelokusovým próbám je možnost provést tzv. populační studie. Testováním vzorku např. několika set nezávisle vybraných osob si zjistíme, s jakou frekvencí se alely různých délek v populaci vyskytují, a to nám pak umožní vyčíslit pravděpodobnost výskytu té které jejich kombinace na určitém lokusu. Protože je statistickými metodami ověřeno, že délkové variace na různých lokusech jsou navzájem nezávislé, je výsledná pravděpodobnost výskytu určité kombinace alel rovna součinu pravděpodobností kombinací alel na jednotlivých lokusech. Tímto způsobem lze např. kvantitativně vyjádřit, nakolik by mohla být zjištěná shoda mezi dvěma DNA pouze náhodná.

Jak přibývalo znalostí sekvence DNA na různých variabilních místech, tak přibývalo i možností použít k jejich detekci tzv. polymerázové řetězové reakce (PCR – Polymerase Chain Reaction). Nesmírná síla jmenované metody spočívá v tom, že umožňuje enzymaticky in vitro napřed testované variabilní úseky DNA namnožit do potřebného množství, a teprve poté provést např. analýzu délek jednotlivých alel elektroforézou. Nic takového není možno provést např. s molekulami bílkovin při sérologické analýze a při testech se musí vystačit s množstvím vzorku, které je k dispozici. To činí metodu PCR ideálním nástrojem pro kriminalistiku, kde vzorky jsou často nepatrné nebo je DNA degradována působením vnějších vlivů, např. hnilobným procesem. Metoda PCR umožňuje teoreticky analýzu DNA z jediné buňky a v řadě laboratoří to bylo i prakticky provedeno. Výsledné obrazce jsou podobné jako u prób pro jeden lokus (obr. obrázek) a podobně se hodnotí pravděpodobnost shody dvou DNA. Největší část kriminalistických analýz DNA spadá do dvou „tematických“ skupin:

  • Zjišťování shody – zde se porovnává DNA z biologické stopy s DNA jedné či několika osob, aby se zjistilo, ze které osoby materiál pochází. Sem lze řadit např. i znásilnění, kdy se porovnává DNA oběti a DNA z výtěru (většinou jde o směs DNA oběti a pachatele) a DNA podezřelých.
  • Zjišťování příbuznosti – zde se porovnává DNA několika osob, aby se potvrdila či vyloučila možnost příbuzenského vztahu. Využíváme zde toho, že jednotlivé alely se dědí v potomstvu podle jednoduchých zákonů (v DNA dítěte vy se měla na každém lokusu vyskytovat jedna z alel od každého rodiče). Nejde jen o zjišťování otcovství, ale častěji o identifikaci neznámé mrtvé (např. uhořelé) osoby pomocí několika nejbližších příbuzných).

Loni kriminalistickou genetiku popularizovalo projednávání případu hráče amerického fotbalu O. J. Simpsona, který byl obviněn z dvojnásobné vraždy. Díky svému jmění si zaplatil pro účely své obhajoby odborníky z oboru molekulární biologie, kteří měli postup policie, popřípadě její výsledky, pokud možno zpochybnit.

Proces podrobně sledovala média, jednotlivá soudní projednávání přenášela televize a celý případ byl považován za rozhodující o dalším uplatnění genetické analýzy v kriminalistice. Kromě řady výhrad ke způsobu, jakým policie zacházela v tomto případě s důkazními vzorky, byla hlavním důvodem pro osvobození obžalovaného skutečnost, že se nepodařilo u rozhodující krevní skvrny v jednom ze šesti testovaných polymorfizmů prokázat, že jde o směs krve obžalovaného Simpsona a zavražděného Goldmanna. Přesto se rodiny obou obětí nevzdávají a chystají se v nejbližší době proces obnovit.

Další velmi důležitou molekulárně-biologickou metodou, která se v kriminalistice začíná využívat, je sekvencování DNA. Nejde ani tak o sekvencování jaderné DNA – tam je dostatek jiných polymorfizmů – ale spíše se pro tento účel využívá jeden úsek mitochondriální DNA (mtDNA), ve které dochází k častým záměnám v pořadí bází. V buňce se mtDNA vyskytuje ve stovkách či tisících kopií a do potomstva přechází – stejně jako mitochondrie – pouze mtDNA od matky, což umožňuje sledovat vztah matka-potomek např. u archeologických nálezů. Tento přístup byl mimo jiné uplatněn při nedávném ověřování pozůstatků vyvražděné carské rodiny (viz Vesmír 74, 385, 1995/7).

Kriminalistická analýza DNA pracuje v drtivé většině s „lidskými“ materiály. Někdy je však nutno v trestních věcech analyzovat i DNA jiných živočichů, rostlin, bakterií, či dokonce virů.

Např. v souvisloti s ochranou některých druhů či se zákazem obchodu s jejich částmi je možno využít DNA k důkazu, že zabavená kůže, sloní kel či nosorožčí roh pochází z určitého jedince, jehož zbytky byly nedávno nalezeny v rezervaci. Podobně lze pomocí DNA ověřovat původ či rodokmen některých vzácných chovů psů, koní apod. a zabránit tak prodeji podvržených či kradených zvířat.

Analýza rostlinné DNA byla poprvé uplatněna v případě vraždy ženy v USA před čtyřmi roky. Mrtvá byla nalezena v arizonské poušti v blízkosti jednoho druhu stromu, který roste pouze v této oblasti. Na podvozku automobilu patřícího podezřelému muži, který byl zadržen daleko od místa činu, bylo nalezeno několik lusků pocházejících z tohoto rostlinného druhu. Pro usvědčení pachatele bylo tedy nutno prokázat, že lusky pocházejí právě z exempláře stromu, u něhož byla oběť nalezena. Molekulárnímu genetikovi T. Helentjarisovi z Univerzity v Tusconu se to nakonec pomocí upravené PCR metody podařilo.

Variace v sekvenci nukleotidů různých kmenů bakterií či virů se využívají stále častěji k jejich diagnostice v medicíně. Z kriminalistického hlediska se dají tyto znalosti využít např. při vyšetřování trestných činů rozšiřování nakažlivé choroby. V roce 1993 se tak ve Francii podařilo vyřešit případ náhlého úmrtí muže na tuberkulózu. Porovnáním DNA bakteriálního kmene izolovaného z mrtvého s kmeny od několika nosičů této choroby, kteří přicházeli v úvahu jako původci infekce, byla zjištěna osoba, která oběť smrtelně nakazila. Podobně bylo před několika lety ve Švédsku využito sekvencování variabilní oblasti pol genu viru HIV jako důkazu proti muži, který svou oběť při znásilnění tímto virem infikoval.

V České republice je také několik pracovišť, která používají analýzu DNA při řešení kriminalistických případů. Ve srovnání s klasickou sérologií jde o metody výrazně dražší a časově daleko náročnější. To je však vyváženo mnohem vyšší spolehlivostí závěrů, jimiž tyto postupy přispívají k rozhodování o vině či nevině obžalovaných.

LIDSKÁ DNA

Naše tělo se skládá z obrovského množství (více než 100 trilionů) buněk, které jsou základními stavebními a funkčními jednotkami života. V každé buňce je jakési řídicí centrum (buněčné jádro), v němž se mimo jiné nacházejí molekuly DNA, které v sobě nesou veškeré informace potřebné pro život jedince. V buňce jsou i nejaderné molekuly DNA – např. v mitochodriích (mtDNA) – které také našly při identifikaci osob své uplatnění (viz dále).

Molekulu DNA si můžeme představit jako velice dlouhý řetězec (polymer), ve kterém se nepravidelně střídají 4 základní molekuly, tzv. báze: adenin, thymin, guanin a cytozin (A, T, G a C). Nepravidelnost je však pouze zdánlivá, protože právě jejich pořadí je kódem určujícím všechny projevy organizmu, strukturu jeho bílkovin, jeho reakce na podněty z prostředí apod.

Všechny buňky daného jedince vznikly postupným dělením z buňky počáteční (oplozeného vajíčka), přičemž složitý mechanizmus zabezpečuje, že obě dceřiné buňky dostanou stejné molekuly DNA, jako měla buňka, ze které vznikly (k dělení buněk viz Vesmír 75, 505, 1996/9). Oplozené vajíčko vzniká spojením matčina vajíčka a otcovské spermie, které v sobě obsahují po jedné „základní sadě“ DNA. V okamžiku oplození tedy každý jedinec obdrží jednu „základní sadu“ DNA informace od otce a druhou podobnou od matky a ty jsou pak obě společně obsaženy v jádře každé další buňky jeho těla. Jedna „základní sada“" DNA u člověka obsahuje téměř 3,3 miliardy „písmen“, tzn. bází A, T, C nebo G.

Pro představu: stránka 60 úhozů krát 50 řádek obsahuje 3 tisíce písmen, kniha s 1000 takovými stránkami má 3 miliony písmen, knihovna s 1100 knih by obsahovala 3,3 miliardy písmen.

Takové „knihovny“ máme v jádře každé buňky našeho těla dvě, jednu od matky a druhou od otce.

Uvedené 2 krát 3 miliardy bází či „písmen nejsou uloženy v jednom nepřetržitém řetězci, ale jsou v buněčných jádrech u člověka rozděleny do 2 krát 23 kratších kousků, tzv. chromozomů, z nichž každý má svoji charakteristickou velikost a obsahuje určitou část celkové informace (obr. Obrázek).

Kdybychom porovnali otcovskou a mateřskou sadu chromozomů u jednoho jedince, nebo tyto sady mezi jedinci různými, zjistíme, že jejich pořadí bází je vzájemně velmi podobné. Na druhé straně však existuje mnoho oblastí, kde se od sebe DNA různých osob liší. Má se za to, že neexistují na světě dva lidé se stejnou DNA (výjimkou jsou jednovaječná dvojčata, která se vyvinula z jediného oplozeného vajíčka). Pro kriminalistické účely se analyzují takové oblasti DNA, které se mezi lidmi vyskytují ve velkém počtu forem, a je tedy nízká pravděpodobnost, že by dva jedinci byli v této oblasti shodní.

J. B.

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Molekulární biologie

O autorovi

Jaroslav Brouček

RNDr. Jaroslav Brouček (*1948) vystudoval biofyziku na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. V Kriminalistickém ústavu v Praze se zabývá využitím analýzy DNA pro rozlišení a identifikaci jednotlivých osob.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné