Einzigartiger mikrobieller Fingerabdruck durch Handabstrich-Test

Text: Wouter Oude Groothuis
Übersetzung: Word’s Worth | Fotografie: Marco Vellinga

Durch den Vergleich der mikrobiellen Profile, die von der Hand einer verdächtigen Person und einem am Tatort gefundenen Objekt entnommen wurden, lässt sich die Wahrscheinlichkeit abschätzen, ob die verdächtige Person zum Zeitpunkt der Begehung des Verbrechens dort war. Ein Mensch hat im Durchschnitt 150 Arten von Mikroben an seinen Händen. Diese Population ist einzigartig genug, um als Identifikationsmittel verwendet zu werden. Darüber hinaus zeigen mikrobielle Profile die Herkunft des in einer Spur gefundenen Gewebes. Peter de Knijff, Professor für Populations- und Evolutionsgenetik am Institut für Humangenetik der Universitätsklinik Leiden (NL), erklärt, warum dies ein so aufregender Durchbruch ist. „Das Hauptproblem in der Gerichtsmedizin ist in der Regel der Mangel an DNA. Eine menschliche Körperzelle enthält nur 6 Pikogramm DNA. Der Erfolg der DNA-Tests hängt stark von der Menge des Zellmaterials auf der Oberfläche und der Zeit ab, die seit der letzten Berührung verstrichen ist.“ Wie De Knijff, der auch das forensische Labor für DNA-Tests leitet, betont, “ist die mikrobielle Profilierung ein ganz anderes Paar Schuhe, da normalerweise viele Bakterien am Tatort vorhanden sind”.

Genom als Informationsquelle

Derzeit kann die mikrobielle DNA-Sequenz – die Nukleinsäuresequenz – von 450 Proben parallel analysiert werden. Es wird erwartet, dass diese Zahl demnächst auf 1.000 Proben ansteigen wird. Das Genom enthält alle Informationen, die für die forensische Analyse benötigt werden; nicht nur die DNA – die Gene – sondern auch die Teile, die keine Aminosäuren kodieren.

„Bei der Genomsequenzierung ist es wichtig, zwischen Novo-Sequenzierung und Resequenzierung zu unterscheiden“, sagt De Knijff. „Bei der Novo-Sequenzierung sequenziert man zum ersten Mal ein unbekanntes Genom. Bei der Resequenzierung hat man bereits ein zuverlässiges Genom, mit dem man die eigenen Ergebnisse vergleichen kann.“

Die Novo-Sequenzierung erfordert mindestens das 60-fache des Genoms, um zu einer etwas zuverlässigen Zusammensetzung zu gelangen. Zuerst zerlegen die Forscher und Forscherinnen die gesamte DNA aus einer Reinkultur in zufällige Stücke, die von einem einzigen Basenpaar bis zu mehreren tausend Basenpaaren reichen. Anschließend bestimmen sie die Nukleinsäuresequenz von DNA-Fragmenten, die das 6- bis 10-fache der Länge des Genoms ausmachen. Daraus ergeben sich Überschneidungen, mit denen die Reihenfolge der Fragmente im gesamten Genom bestimmt und die Genauigkeit der Sequenzierung überprüft werden kann. Für die Resequenzierung wird in der Regel nur das 10- bis 15-fache des Genoms benötigt, je nach Ziel, schätzt De Knijff.

Schrotflinte

Laut De Knijff liegt die Zukunft der forensischen Wissenschaft in der metagenomischen Schrotschuss-Sequenzierung. Mit dieser Technik können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zunächst jedes Gen eines jeden Organismus in einer komplexen Probe isolieren und dann parallel sequenzieren. Diese als massiv-parallele DNA-Sequenzierung (engl.: Massive (oder Massively) Parallel Sequencing (MPS)) bekannte Hochdurchsatzmethode wird verwendet, um alle DNA-Moleküle zu sequenzieren: Mikroben, Viren, menschliche DNA, Pflanzen, Pollen und so weiter.

Dies ist mit Kapillarsequenzierung oder Polymerase-Kettenreaktion (PCR) nicht möglich. De Knijff erklärt, warum das in der Gerichtsmedizin gut funktioniert: „Da man Spurenmaterial verwendet, hat man es oft mit abgebauter DNA zu tun, was einem wahrscheinlich immer ein unvollständiges und nicht sehr zuverlässiges menschliches Genom bescheren wird. Aber das ist irrelevant, solange man die Teile des Genoms bekommt, die einen am meisten interessieren.“

MPS ist aber noch Zukunftsmusik, sagt De Knijff: „Wir beschränken uns auf menschliche DNA und Mikroben oder die Mikrobiomanalyse, wie man das in Fachkreisen nennt. Im Laufe der Zeit wird es eine Alles-in-Einem-Analyse werden.”

DNA- und RNA-Sequenzierung

Mögliche Sequenzierungstechniken sind die Methylierungs-Sequenzierung und Next Generation Sequencing (NGS)-Technologien mit DNA, RNA. De Knijff ist jedoch von diesen Methoden nicht gerade begeistert. „Für die Methylierungs-Sequenzierung benötigt man LKW-Ladungen DNA, was sie vorerst für die Forensik ungeeignet macht. Was wir höchstwahrscheinlich tun werden, ist die DNA- und RNA-Sequenzierung, entweder direkt oder über eine cDNA -Übersetzung. Zweifellos werden uns diese beiden Techniken viele nützliche Informationen liefern, auch wenn die Ergebnisse unvollständig sind.“

Bis zu 90% Genauigkeit

Das mikrobielle Profil eines Handabstrichs ist sehr spezifisch. In einem Test versuchten die Forscher und Forscherinnen zu ermitteln, wer eine bestimmte Computermaus benutzt hatte. Sie nahmen Handabstriche von 270 Personen und identifizierten die Mausbenutzer und -benutzerinnen mit einer Genauigkeit von 70-90%.

Wie De Knijff sagt: „In der Gerichtsmedizin haben wir es immer mit einer vollendeten Tatsache zu tun. Alles, was wir haben, ist eine Spur. Es nützt nichts, herauszufinden, wie wir mehr Spurenmaterial bekommen können, denn darauf haben wir keinen Einfluss. Daher ist es viel sinnvoller zu untersuchen, wie wir aus einer minimalen Menge an Spurenmaterial so viele Ergebnisse wie möglich herauspressen können.“