Handboek 8: Forensisch DNA-Onderzoek

Opdracht 8.1
a. Hieronder is een stukje van een DNA-molecuul te zien, waarvan de code van één van de twee strengen afgebeeld is. Maak de code compleet.

 

 

 

 

 

 

 

5’
A
C
C
T
G
A
G
T
T
C
A
G
T
3’
3’
T
G
G
A
C
T
C
A
A
G
T
C
A
5’

b.Het volledige menselijke DNA bestaat uit zo’n 3 miljard baseparen. Als je dit volledige DNA zou willen afdrukken op papier, hoeveel ruimte zou je dan ongeveer nodig hebben?
Een wand vol boeken.

Opdracht 8.2 Karyogram
Bekijk figuur 8D. Is dit een karyogram van een man of van een vrouw? Hoe zie je dat?
Figuur 8D is een karyogram van een man want het laatste paar chromosomen zijn X en Y, dat zie je door het verschil in grootte van de chromosomen.

Opdracht 8.3 Forensic biology les
Ga naar ►URL4 en doe daar Case One, de forensic biology les. Vraag je leraar/ouders om hulp als je enkele Engelse woorden niet begrijpt. Deze opdracht geeft je een overzicht van hoe DNA als bewijsmateriaal wordt gebruikt in het forensisch onderzoek. In de komende paragrafen gaan we in meer detail hiernaar kijken.

Opdracht 8.4 Biologische sporen
a. Noem drie biologische sporen die geschikt zijn om een DNA-profiel van te maken.
Drie biologische sporen die je kunt gebruiken, zijn bijvoorbeeld bloed, speeksel en haar.
b. Leg uit waarom je DNA uit wangslijmcellen van een verdachte zou kunnen gebruiken om te bepalen of het bloed dat gevonden is op de plaats delict van de verdachte is.
Wangslijmcellen bevatten genoeg DNA om het te matchen met het gevonden bloed. Het is gemakkelijk te krijgen en ook pijnloos te krijgen.

Opdracht 8.5 Hypervariabele gebieden
Wat maakt de hypervariabele gebieden in het DNA zo geschikt voor een forensisch DNA-onderzoek? Leg dit uit door middel van een tekening van deze gebieden bij twee verschillende personen.
Een hypervariabel gebied is een deel van het niet-coderend DNA die herhalende stukjes hebben en dit is dan erg geschikt want iedereen heeft een unieke herhaling. Bijvoorbeeld: ↓

 

Zoals je kunt zien heeft de 1e persoon 6 herhalingen van de code TCAT en de 2e persoon heeft 8 herhalingen van de code TCAT.

 

Opdracht 8.7 Begrippen
Geef een beschrijving in je eigen woorden van de onderstaande termen:
a. Hypervariabel gebied
Een hypervariabel gebied is een deel van het niet-coderend DNA die herhalende stukjes hebben, bijvoorbeeld CCTG-CCTG-CCTG-CCTG
b. Locus
Locus is een plaats op een chromosomenpaar
c. DNA-kenmerk
DNA-kenmerk is het aantal herhalingen op een chromosoom
d. DNA-profiel
DNA-profiel is een patroon van DNA-structuren waarmee iemand geïdentificeerd kan worden.

Opdracht 8.8 PCR-filmpjes
Bekijk drie verschillende filmpjes over PCR via de links ►URL5-7

Opdracht 8.9 PCR-techniek
a. Maak een lijst met benodigdheden (stoffen en apparaten) die je moet hebben om een PCR uit te kunnen voeren.
Wat je allemaal nodig hebt om een PCR uit te voeren is : geïsoleerd DNA - primers - polymerase - PCR apparaat - reageerbuisjes - nucleotiden.
b. Wat zijn de twee redenen dat je de PCR-techniek moet toepassen om een DNA-profiel te kunnen maken?
Je moet de PCR-techniek toepassen om een DNA-profiel te kunnen maken omdat je met die techniek veel DNA kopieën kan maken en je kunt ook de hypervariabele gebieden uitkiezen.

Opdracht 8.10
Bij chromatografie heb je een stationaire en een mobiele fase. De techniek zoals beschreven in deze paragraaf werkt met een spanningsbron en een gel. Vergelijk de techniek met chromatografie en benoem wat er overeenkomt en verschilt.

 

Overeenkomsten
Verschillen
Er worden bij beide een loopvloeistof gebruikt waar de deeltjes in kunnen bewegen
Bij deze techniek gebruik je lading en bij chromatografie gebruik je aanhechtingsvermogen

 

 

 

 

Opdracht 8.11
Na de PCR-reactie waarin je locus TH01 hebt gekopieerd, is de vloeistof uit het PCR-apparaat op de kolom gebracht. Dit is in de figuur 8J schematisch weergegeven. In de tweede tekening zie je dat de vloeistof twee verschillende PCR-producten bevat.
a. Geef in de tekening aan welke band de kopieën van de locus met zes herhalingen weergeeft en welke de kopieën van de locus met acht herhalingen.

VERVOLG OPDRACHT OP VOLGENDE PAGINA ↓

Band 2 heeft de kopieën van de locus met 6 herhalingen.

Band 3 heeft de kopieën van de locus met 8 herhalingen.

Stel dat het PCR-product van TH01 met zes herhalingen er 10 seconden over doet om door de kolom heen te lopen en het PCR-product met acht herhalingen 12 seconden.
b. Maak een grafiek van het signaal dat de laser detecteert vanaf het moment dat de vloeistof op de kolom werd gebracht. Op de x-as zet je de tijd van 0 tot 15 seconden en op de y–as de hoeveelheid DNA die de laser detecteert.

Opdracht 8.12
a. Teken met een andere kleur in de grafiek uit opdracht 8.11b ook de grafiek van een verdachte met de kenmerken 8/8 op locus TH01.

Stel dat je niet de DNA kenmerken van locus TH01 maar van D2S1338 zou willen bepalen. Je zou daarvoor slechts één verandering hoeven toe te passen in de PCR-techniek.
b. Wat is er anders in een PCR voor D2S1338 ten opzicht van een PCR voor TH01?
De primers zijn anders, je kan niet voor beide D2S1338 en TH01 dezelfde primers gebruiken.

Opdracht 8.13
Beschrijf hoe je uit het geïsoleerde DNA van een verdachte een DNA-profiel van alle elf loci maakt. Beschrijf waarin deze stappen verschillen van het analyseren van één locus.
Stap 1 = isolatie van DNA
Stap 2 = maken van primers door middel van het bepalen van de DNA volgorde voor en na
de 11 loci
Stap 3 = het enzym polymerase toevoegen samen met een groot aantal nucleotiden om het
kopiëren te beginnen
Stap 4 = de kopieën in een chromatografiekolom met gel stoppen
Stap 5 = De resultaten worden weergegeven in een grafiek. Je krijgt meerdere pieken door
meerdere loci

Het verschil in analyse tussen 1 of 11 loci is dat je meer primers moet gebruiken bij 11 loci.

Opdracht 8.14
a. Is het DNA-profiel van figuur 8K afkomstig van een man of van een vrouw?
Het DNA-profiel is afkomstig aan een man want bij het geslachtskenmerk zie je twee pieken van verschillende hoogtes, dus X en Y. Het geslachtskenmerk is de tweede balk van de piek patronen.

Zoals in de tekst van de vorige paragraaf beschreven stond is het gene wat de laser aan het einde van de kolom detecteert fluorescentie.
b.Waarom is de fluorescentie een goede maat voor het aantal stukjes DNA wat uit de kolom komt?
Het aantal stukjes DNA geeft aan hoeveel primers er zijn gebruikt. Elke primer bevat fluorescentie, dus het is een goede maat voor het aantal stukjes DNA wat uit de kolom komt.
c. Zegt de hoeveelheid fluorescentie ook iets over de lengte van de DNA stukjes, en dus over het aantal herhalingen? Wat is een maat voor het aantal herhalingen?
Nee, de hoeveelheid fluorescentie zegt niets over de lengte van de DNA stukjes en het aantal herhalingen. Een maat voor het aantal herhalingen is de tijd dat de DNA-stukjes erover doen om door de chromatografiekolom te stromen. Het gaat dus om de tijd dat het DNA erover doet om door de chromatografiekolom heen te stromen en niet over de hoeveelheid fluorescentie.
In figuur 8K is te zien dat zowel locus D3S1358 als locus VWA een piekje hebben dat genummerd is met 15. Deze nummers geven het aantal herhalingen aan.
d.Hoe kan het dat er bij locus VWA maar één piek is en bij locus D3S1358 twee pieken?
Bij locus VWA zie je maar één piek want beide DNA-moleculen bevatten 15 herhalingen dus je geeft het maar 1x aan, maar bij D3S1358 zie je twee pieken want op het ene DNA-molecuul zijn er 15 herhalingen en op het andere DNA-molecuul zijn er 17 herhalingen.
e. Waarom is in het DNA-profiel van figuur 8K de piek bij locus D3S1358 ongeveer twee keer zo klein als de piek bij locus VWA?
De piek bij locus D3S1358 is ongeveer twee keer zo klein omdat het twee verschillende herhalingen zijn maar bij locus VWA zijn de twee herhalingen hetzelfde en zijn ze dus bij elkaar gevoegd waardoor de piek langer is.

 

Opdracht 8.15 Samenvatting
a. Lees in de NFI uitgave “De Essenties van forensisch biologisch onderzoek- Het DNA-profiel” de bladzijden 147 t/m 150.
b. Verwerk de belangrijkste punten van deze bladzijde in een korte samenvatting.

ONVOLLEDIGE DNA-PROFIELEN
Je noemt een DNA-profiel een onvolledig profiel als je niet van alle onderzochte loci de DNA-kenmerken kunt bepalen. Bij een onvolledig DNA-profiel van 8 loci is er een hogere frequentie dan bij een DNA-profiel van 11 loci. Dit komt omdat er maar 8 loci kunnen worden meegenomen bij berekening van zeldzaamheid van het DNA-profiel. De kans dat een persoon alle DNA-kenmerken heeft voor deze 8 loci is groter dan dat een persoon alle DNA-kenmerken heeft van 10 loci van een volledig profiel. De bewijswaarde van een onvolledig profiel is daarom lager.

DNA-MENGPROFIELEN
Een spoor kan een mengsel van celmateriaal van verschillende personen bevatten. Dit wordt steeds vaker gezien doordat DNA-analysetechnieken gevoeliger worden. Om dit te interpreteren moet je eerst vaststellen van hoeveel personen er DNA is achtergelaten. Dit kan door piekhoogten te combineren. Deze geven informatie over de hoeveelheid celmateriaal die elke donor heeft bijgedragen.

AFGELEIDE DNA-PROFIELEN
Uit een mengprofiel kun je soms een van de donoren afleiden omdat die donor een bekend persoon is in het systeem of omdat er een hoofdprofiel is afgeleid. Daarna kan het mengprofiel verder herleid worden. Mengprofielen met drie of meer donoren zijn moeilijk te herleiden en kan meestal alleen worden herleid door te kijken of de DNA-kenmerken matchen met die gevonden zijn in het spoor.

 

NEDERLANDSE DNA-DATABANK VOOR STRAFZAKEN
DNA-profielen van sporen, verdachten en veroordeelden worden in de Nederlandse DNA-databank voor strafzaken opgeslagen en vergeleken. Het DNA-profiel van een persoon kan alleen worden opgeslagen als het een zaak betreft waarbij voor het misdrijf voorlopige hechtenis is toegestaan. Dus meestal gevangenisstraffen die vier jaar of langer zijn. Met deze databank kun je dus een match vinden met een spoor van een onopgelost misdrijf.

BEMONSTEREN, VEILIGSTELLEN EN BEWAREN
Sporen moeten goed behandeld worden want ze zijn erg gevoelig. Je moet ze dus goed bemonsteren, veiligstellen en bewaren. Als dit niet gebeurt dan kan het DNA in de sporen afbreken en de kwaliteit wordt verminderd.

 

 

Opdracht 8.16 Tabel met cijfercode piekenpatroon
Zoals je in ‘Het DNA-profiel’ bij illustratie 6 hebt kunnen lezen, worden de DNA-kenmerken van een profiel als cijfercode weergegeven, zodat ze in een databank kunnen worden opgeslagen.
Maak een tabel met de cijfercode van het piekenpatroon op figuur 8K uit dit handboek.

 

 

 

 

 

Locus
D3S1358
VWA
D16S539
D2S1338
D8S1179
D21S11
D18S51
D19S433
TH01
FGA
DNA
kenmerken
15/17
15
11/12
19/21
9/10
31/33.2
15/16
13/15
7/9.3
21/25

 

 

 

Opdracht 8.17 Onvolledig profiel
Soms levert een DNA-analyse van een spoor een onvolledig profiel op. Hoe kun je verklaren dat je uit een dergelijk DNA-spoor niet alle DNA-kenmerken kunt kopiëren met de PCR-techniek, terwijl je wel voor alle loci de benodigde primers toevoegt?
Soms is het DNA afgebroken en als dat is gebeurd, kan het zijn dat het niet meer alle loci bevat en dus ook niet alle kenmerken.

 

 

Opdracht 8.18 Mengprofiel
a. Hoe kun je aan het piekenpatroon zien dat er sprake is van een mengprofiel?
Er is sprake van een mengprofiel als er bij de verschillende loci twee pieken zijn in plaats van één
Uit een mengprofiel is soms een hoofdprofiel te herleiden, en soms ook een nevenprofiel.
b. Hoe zou je een hoofdprofiel en een nevenprofiel van elkaar kunnen onderscheiden?
Je zou misschien een hoofd- en neven profiel kunnen onderscheiden door middel van te kijken naar de hoogte van de pieken.
c. In welke gevallen kan het lastig zijn bruikbare informatie uit een mengprofiel te halen?
Het kan lastig zijn om bruikbare informatie uit een mengprofiel te halen als het DNA is verslechterd of als het mengprofiel van meerdere personen is.
d. Wat verwacht je te zien bij de pieken van het geslachtskenmerk bij een mengprofiel van twee vrouwen?
Slechts 1 piek omdat het geslachtskenmerk alleen een X is en niet een X en Y.
e. En wat als het een mengprofiel van DNA van een man en een vrouw is? En wat bij twee mannen? Maak schetsen van deze drie situaties om je antwoord te illustreren.

Opdracht 8.19 Spermaspoor
Van een spoor sperma op de plaats delict kan een DNA-profiel gemaakt worden. Spermacellen bevatten echter van elk chromosoom maar één in plaats van twee exemplaren.
Waarom ontstaat er uit een spermaspoor toch een volledig DNA-profiel (dus twee kenmerken per locus)?
In sperma zitten meerdere zaadcellen. Deze zaadcellen hebben ieder een ander deel van een chromosoom, dus kun je uit een spermaspoor alsnog een volledig DNA-profiel halen.

Opdracht 8.20
a. Stel, een profiel verschilt op één DNA-kenmerk en al de andere DNA-kenmerken zijn gelijk. Moet dan de verdachte uitgesloten worden als donor van dit spoor? Geef een verklaring voor je antwoord.
Ja, want als de DNA-kenmerken uit het profiel van het spoor niet precies hetzelfde zijn als die van de verdachte is het niet van hem/haar, maar van iemand anders. Het spoor kan niet van een persoon zijn als de DNA-kenmerken niet helemaal overeenkomen met elkaar.
b. Bloedverwanten vertonen veel overeenkomsten in DNA-profiel. Geef hiervoor een verklaring.
Bloedverwanten hebben dezelfde voorouders, dus het DNA wordt steeds doorgegeven en ondanks dat het deels verandert blijft er een deel die overeenkomt met het DNA van de voorouders. Daarom vertoont het DNA-profiel van de bloedverwanten veel overeenkomsten.

Opdracht 8.21
a. Bestudeer figuur 8L. Wat is de frequentie van DNA-kenmerk 18 op locus D2S1338?
De frequentie is 0,076.
b. Wat is de som van alle frequenties (in Nederland) van de kenmerken op locus D2S1338? Geef hiervoor een verklaring
0,000 + 0,048 + 0,203 + 0,076 + 0,128 + 0,171 + 0,015 + 0,030 + 0,097 + 0,095 + 0,117 + 0,017 + 0,002 = 0,999

Opdracht 8.22
a. Bereken op basis van boven beschreven gegevens voor locus D2S1338 de frequentie van de DNA-kenmerkencombinatie 18/18.
0,076 x 0,076 = 0,005776 = 0,6%
b. Reken ook uit wat de frequentie is van de DNA-kenmerkencombinatie 18/19. Gebruik hiervoor de gegevens uit figuur 8L.
0,076 x 0,128 = 0,009728
0,009728 x 2 = 0,019456 = 1,9%

Opdracht 8.23
Stel dat een spoor slechts een onvolledig profiel oplevert.
Alleen de loci D2S1338, FGA, TH01 en VWA zijn bekend.
Het profiel ziet er als volgt uit:

 

Locus
DNA-kenmerken
D2S1338
17 / 20
FGA
21 / 22
TH01
9,3 / 9,3
VWA
16 / 17

a. Bereken op basis van de gegevens in figuur 8L en 8M de kans dat een persoon per toeval dezelfde DNA-kenmerken heeft.
D2S1338 = 0,203 x 0,171 = 0,034713
0,034713 x 2 = 0,069426 ≈ 0,069

FGA = 0,177 x 0,173 = 0,030621
0,030621 x 2 = 0,061242 ≈ 0,061

TH01 = 0,307 x 0,307 = 0,094249 = 0,094

VWA = 0,203 x 0,303 = 0,061509
0,061509 x 2 = 0,123018 ≈ 0,123

0,069 x 0,061 x 0,094 x 0,123 = 0,000048664458 = 0,005%
b. Wat zegt dit over de bruikbaarheid van dit onvolledige profiel?
Meer mensen komen overeen met dit onvolledige DNA-profiel dan met een volledig DNA-profiel, omdat het minder specifiek is dus is de kans groter op overeenkomsten tussen de DNA-profielen.

 

 

Opdracht 8.24 DNA-profielen
a. In het politiedossier staan de DNA-profielen van alle betrokkenen. Bekijk de profielen van de familie Sanders. Wat kun je hierover zeggen?
De herhalingen in hun loci lijken veel op elkaar. Elke keer verschilt het maar een of twee herhalingen. Maar bij Jolien en Egbert lijkt het minder op elkaar want ze zijn niet bloedverwant.
b. Zijn er meer familiebanden te onderscheiden op basis van de DNA-profielen?
Bij Hannah en Merel zie je veel overeenkomsten bij de herhalingen in de loci, omdat Hannah en Merel bloedverwanten zijn.
c. Zegt een DNA-profiel ook iets over het uiterlijk van een persoon? Leg je antwoord uit.
Nee, want de DNA-profielen laten alleen de herhalingen zien van de loci.

Opdracht 8.25 DNA-profiel spoor DNA01
Van het stukje stof dat aan een struik op de PD gevonden is, blijkt een onvolledig DNA-profiel gemaakt te kunnen worden. Deze is te zien in figuur 8Q.
a. Vul zelf de tabel in figuur 8Q nog verder in. Bereken daartoe eerst de frequenties van de DNA-kenmerken die bekend zijn. Gebruik hiervoor de frequentiewaarden uit de figuren 8L en 8M.

 

Locus
DNA-kenmerk in spoor
Frequentie DNA-kenmerken
D2S1338

D3S1358

FGA

D8S1179

TH01
7 / 9
0,219 x 0,132 = 0,289
0,289 x 2 = 0,578
VWA
19 / 20
0,110 x 0,013 = 0,00143
0,00143 x 2 = 0,00286
D16S539
21/22

D18S51
17/20

D19S433
21/22

D21S11
28 / 32,2
0,180 x 0,091 = 0,1638
0,1638 x 2 = 0,3276
XY
28/32,2
0,06 x 0,002 x 0,04 = 0,00048

Bereken daarna frequentie van het onvolledige profiel als geheel.
b. Ongeveer hoeveel mensen in Nederland zullen matchen met dit onvolledige profiel, op basis van kansberekening?
Zoals je in het tabel ziet kunnen 0,00048% mensen matchen met dit onvolledige DNA-profiel.
In Nederland wonen ongeveer 17 miljoen mensen, dus
17000000 : 100 x 0,00048% = 81,6 mensen
17000000 : 81,6 = 208333
Dus ongeveer 1 op de 208333 mensen in Nederland zullen matchen met dit onvolledige profiel.
c. Vergelijk de DNA-kenmerken in het spoor met de DNA-profielen van de verdachten, deze zijn te vinden in het politiedossier. Van welke verdachte komt het DNA profiel overeen met het profiel van spoor DNA01?
Het DNA-profiel komt het meest overeen met Merel.

Opdracht 8.26 DNA-profiel spoor DNA02
Het spoor DNA02 van de hoed die in de bosjes op de PD gevonden is, blijkt niet zo eenvoudig te analyseren. Het resultaat zie je in figuur 8R.
a. Hoe noem je een DNA-profiel zoals te zien is in figuur 8R?
Dit noem je een DNA-mengprofiel.
b. Van hoeveel verschillende personen is het DNA in dit profiel waarschijnlijk afkomstig? Waar maak je dit uit op?
2 omdat er bij elke persoon 2 zijn en in het dna profiel heb je 4 pieken.
c. Zijn deze personen mannen of vrouwen? Waar maak je dit uit op?
Het zijn mannen want er staat Xy en de ene chromosoom is langer dan de ander. dit kun je zien in de afbeelding.
d. Bekijk de piekjes van locus D16S539. Zou je deze kunnen scheiden in een hoofd- en een nevenprofiel?
je zou de piekjes van D16S539 onderscheiden in een nevenprofiel omdat de lokus uit verschillend celmateriaal bestaat
e. Probeer dit ook voor locus D8S1179. Waarom is dit lastiger?
hier heb je 3 pieken van verschillende hoogtes.
f. Probeer nu een vergelijkbare tabel te maken als figuur 8Q waarin je het hoofdprofiel en het nevenprofiel van elkaar scheidt voor alle loci. Als je ergens niet zeker bent, schrijf dan de verschillende mogelijkheden op.

g. Wat kun je zeggen over de bewijswaarde van deze profielen? Zijn deze hoger of lager dan die van het onvolledige profiel uit de vorige opdracht? Is de bewijswaarde van het hoofdprofiel of het nevenprofiel beter?
de bewijswaarde is hoger omdat je meerdere pieken hebt en de bij de nevenprofiel heb je der 7 uit de bewijswaarde komen er 8.
h. Vergelijk je resultaat van zowel het hoofdprofiel als het nevenprofiel met de DNA-profielen van de verdachten uit het politiedossier. Van welke verdachte(n) komt het DNA-profiel overeen met het DNA uit spoor DNA02?
Hoofdprofiel is Huub
Nevenprofiel is Tobar

Opdracht 8.27 DNA-profielen van de verdachten
a. Welke uitspraken kun je op basis van deze profielen doen?
De hoed bevat de meeste cellen van Huub en minder cellen van Tobar. Daarom kan de hoed die gevonden is in de bosjes op de Plaats Delict door Huub en Tobar gedragen zijn. Terwijl tobar de hoed maar een keer heeft opgehad.