Genetischer Fingerabdruck
 

      Die Firma Promega hat einen Baukasten zum genetischer Fingerabdruck entwickelt, wir haben ihn ausprobiert.

Der genetische Fingerabdruck - ein Projekt im Rahmen der Biotechnologie an der  Max-Beckmann-Schule in Kooperation mit Promega.    

DNA-Detektive - Simulation der forensischen DNA-Analyse

Im Versuch wird durch DNA-Analyse ein fiktives Verbrechen aufgeklärt. Als Ausgangsmaterial dienen DNA-Proben von mehreren fiktiven Verdachtspersonen. Eine davon ist der Täter und hat am Tatort eine DNA-Spur zurückgelassen. Diese DNA wird in der Praxis aus biologischem Material wie Speichel, Sperma oder Blut gewonnen. Bei unserem Versuch wird sie aus der Mundschleimhaut gewonnen. Zwei elementare Techniken des "genetischen Fingerprintings" werden gezeigt. Die exponentielle Vermehrung (Amplifikation) der DNA mit der Polymerase Kettenreaktion (PCR) und die Auftrennung der entstehenden DNA-Bruchstücke mittels Agarose-Gelelektrophorese.

Im Ergebnis wird eine Bandenmuster der Verdächtigen erhalten - auch genetischer Fingerabdruck genannt - der mit der Tatort-DNA verglichen wird. Stimmen die Muster überein, wurde der Täter ermittelt. Die Methode des "genetischen Fingerprints" wird wegen ihrer hohen Beweiskraft besonders bei der Vaterschaftsbestimmung und der Aufklärung von Straftaten genutzt.

Wie funktioniert es? - Die Mikrosatelliten-DNA - »short tandem repeats«

Das Genom eines jeden Menschen ist einmalig (von eineiigen Zwillingen einmal abgesehen). Die genetischen Unterschiede sind aber recht gering, besonders wenn es sich um wichtige Gene handelt. Es gibt aber Abschnitte auf den menschlichen Chromosomen, die bei allen Menschen verschieden sind. Diese Abschnitte enthalten die Mikrosatelliten-DNA, die aus kurzen (circa 5 Basenpaare (bp)) Basensequenzen besteht, die sich mehrmals nacheinander wiederholen. Diese im englischen Sprachgebrauch »short tandem repeats« (STR) genannten Regionen können leicht aus dem Gesamterbmaterial gewonnen werden und sind wie ein Fingerabdruck. Das Ergebnis dieser Analyse nach der PCR und Elektrophorese ist ein Strichmuster , das von der Abfolge der Basen und individuellen Wiederholungen in der Mikrosatelliten-DNA abhängt: der genetische Fingerabdruck. Dieses Muster wird nach den Mendelschen Regeln vererbt. Das Muster eines Kindes setzt sich aus dem mütterlichen und dem väterlichen Muster zusammen, so dass zumindest einige Banden  mit denen des Vaters übereinstimmen müssen, für einen Menschen ist es aber, vorausgesetzt man untersucht mehrere Genorte (Loci), einzigartig. Die STR (short tandem repeats) beruhen darauf, dass verschiedene Individuen einer Population an bestimmten Stellen im Genom unterschiedlich viele tandemartige wiederholte, 3 bis 7 bp lange, Sequenzen besitzen.

 

So kann die Sequenz AATG (TPOX-Locus) bei einer oder acht mal wiederholt vorliegen (Siehe Abbildung). Diese häufig vorkommenden Wiederholungen (repeats) sind über das gesamte menschliche Genom verteilt und eine somit reichhaltige Quelle hoch polymorpher und durch PCR zu detektierende Marker. Dadurch lassen sich mehr oder weniger alle Individuen einer Population bzgl. dieser Sequenzen voneinander unterscheiden, weswegen sich STRs sehr gut für die Unterscheidung beliebiger Individuen einer Population eignen. So kann die Sequenz AATG (TPOX-Locus) bei einer oder acht mal wiederholt vorliegen (siehe Abbildung).

Durch Vergleich mit Markern können die Größen der einzelnen mit der Elektrophorese getrennten Fragmente bestimmt werden:

pGEM® Marker Die pGEM® DNA Marker sind sichtbare Standards mit denen die Größenbereiche der Allele für die Loci bestimmt werden können. Die Marker bestehen aus 15 DNA-Fragmenten mit den folgenden Größen:

Die Wiederholungen für die einzeln Loci liegen in einem Größenbereich von:

Basenpaare: 2645, 1605, 1198, 676, 517, 460, 396 ,350, 222, 179, 126, 75, 65, 51, 36

Bei unseren Versuchen wurden die drei Genorte CSF1PO-  TPOX- und THO1-Locus, untersucht. Die Größen der einzelnen Fragmente sind:

295 und 327 bp (CSF1PO-Locus) Human c-fms proto-oncogene for CSF-1 receptor gene

224 und 252 bp (TPOX-Locus) Human thyroid peroxidase gene

179 und 203 bp (THO1-Locus) Human thyrosine hydroxylase gene

 STR-Tabelle:

STR-Locus Chromosomaler Locus (Genort)

Größen der 

Allel-Leiter (in bp)

 

Anzahl der möglichen Wiederholungen für Kaukasier

 Anzahl der Wiederholungen in der K562 DNA (Positivkontrolle) Sequenzmotiv derWiederholung

5’ ® 3’
CSF1PO

Chromosom 5

(5q33.3-34)

 

 295 - 327

7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15

 78,1% sind heterozygot (Kaukasier)

 

 10; 9 AGAT
TPOX

Chromosom 2

(2p25.1-pter)

 

 224  - 252

6; 7;8; 9; 10; 11; 12; 13

 64,7% sind heterozygot (Kaukasier)

 

 9; 8 AATG
THO1

Chromosom 11

(11p15.5)

 

 179 - 203

5; 6; 7; 8; 9; 10; 11

 76,5% sind heterozygot (Kaukasier)

 

 9,3; 9,3 AATG

Unser Ergebnis mit einer Digitalkamera aufgenommen: Spur 1 ist die Alleleleiter, die leider nicht sehr gut aufgelöst wurde. Spur 2, 3, 5 und 6  sind Proben von Schülern. Man sieht gut die Individualität, bei Spur 2,5 und 6 sind  die CSF1PO und TPOX loci im Gegensatz zu 3 homozygot . Spur 4 ist der Marker für den THO1  Locus und Spur 7 ist der pGEM Marker.