Dr. van Haeringen Laboratorium B.V.

Abstammungsüberprüfung mittels DNA

Komplexität von genetischem Material

Der Organismus besteht aus einer großen Zahl von Zellen, welche jeweils einen vollständigen Satz des genetischen Materials enthalten. Die genetische Information liegt im Zellkern vor. Sie ist auf den Chromosomen gespeichert, welche im Körper in sinnvolle Informationen (Proteine) übersetzt werden. Dieser Übersetzungsvorgang findet fortlaufend in allen Zellen statt. Der grundlegende Code wird DNA genannt.

Die Chromosomen bestehen aus langen DNA-Strängen, die sehr eng umeinander gewunden sind. Wenn die Chromosomen im Detail untersucht werden, kann man sich die Zusammensetzung der DNA in Form von A, C, G oder T anschauen. A, T, G und C sind die grundlegenden Bausteine, aus denen die DNA zusammengestzt ist. Manchmal findet man Strecken von Wiederholungen (z.B. CACACA) – solche Strecken nennt man Mikrosatelliten (auch STRs genannt). Andere Varianten wie zum Beispiel G/A oder C/G werden Punktmutationen (Single Nucleotide Polymorphism, SNP) genannt. Die Anordnung und Zusammensetzung der DNA ist die Grundlage für alle Anwendungen.

Zur Untersuchung der Zusammensetzung genetischer Eigenschaften können Haare, Federn – mit Wurzeln ausgezupft –, Blut, Milch, Gewebe usw. herangezogen werden. Die Verwendbarkeit des jeweiligen Materials hängt vom durchzuführenden Test ab. Die Verwendung von ‘frischem’ Material liefert die besten Ergebnisse.

 

Techniken

Die genetische Variationen können mittels einer ganzen Reihe verschiedener Techniken sichtbar gemacht werden. Häufig wird eine Technik verwendet, in der die DNA vervielfältigt wird (PCR). Die DNA kann durch drei Schritte sichtbar gemacht werden:

  • DNA-Isolierung, bei der die Zellen in kleine Stücke aufgebrochen werden. Die DNA liegt in einer wäßrigen Lösung vor, die für die erfolgreiche Durchführung einer PCR-Reaktion notwendig ist;
  • Selektive Vervielfältigung der DNA, bei der die PCR zur Vervielfältigung kleiner, spezifischer Fragemente angewendet wird;
  • Analyse der DNA auf einer Maschine, mit der die DNA sichtbar gemacht wird. Zu diesem Zweck werden bei der PCR fluoreszierende Farbstoffe in die DNA eingebaut.

Am Ende der beschriebenen Schritte steht die Detektion der Varianten in den STRs oder SNPs. Durch die Untersuchung einer Reihe von STRs oder SNPs wird ein genetischer Barcode ermittelt. Dieser Barcode kann für die Durchführung einer Reihe von Tests herangezogen werden, wie zum Beispiel Abstammung, Identität von Proben usw. Diese Anwendungen werden in Beispielen weiter unten beschrieben.

Abstammungsüberprüfung mittels Mikrosatelliten (STRs)

Das Erbgut eines Tieres stammt von beiden Eltern. Die eine Hälfte des Erbguts stammt vom Vater, während die andere von der Mutter stammt.

Zur Abstammungskontrolle werden in der Regel 20 bis 40 verschiedene DNA-Fragmente überprüft. Bei diesem Vorgang werden die Längen von DNA-Fragmenten gemessen. Beim Vergleich der DNA-Profile, der Abstammungsüberprüfung, müssen die gemessenen Längen eines DNA-Fragments beim Nachkommen der Länge eines Fragments bei der Mutter und der Länge eines Fragments beim Vater entsprechen,. Zwei Beispiele sollen die grundlegenden Regeln bei der Abstammungsüberprüfung erläutern.

In der Abbildung wird eine korrekte Abstammung gezeigt. Es wird hier das DNA-Profil von drei Individuen dargestellt: Ein Nachkomme (obere Linie), eine potentielle Mutter (mittlere Linie) und der potentielle Vater (untere Linie). Jede Linie stellt einen genetischen Marker dar. Zwei DNA-Fragmente sind als Ausschläge in der Linie dargestellt. Das erste Fragment beim Nachkommen stammt vom Vater (Länge des Fragments: 150), während das zweite Fragment von der Mutter stammt (Fragmentlänge: 152). Im Fall dessen, dass beide Fragmente des Nachkommen bei den Eltern gefunden werden können kann die Abstammung nicht bestritten werden.

Im zweiten Beispiel wird eine Situation dargestellt, bei der die Abstammung bestritten wird. Die drei Linien sind in der Reihenfolge Nachkomme, angenommene Mutter und angenommener Vater dargestellt. Wieder wird in jeder Linie ein DNA-Marker gezeigt, wobei zwei DNA-Fragmente als Ausschläge sichtbar sind. Das zweite Fragment des Nachkommen findet sich bei der Mutter (Fragmentlänge: 152), während das erste Fragment des Nachkommen (Fragmentlänge 150) NICHT beim angenommenen Vater gefunden werden kann. In diesem Fall kann ein DNA-Fragment des Nachkommen bei keinem der angenommenen Eltern gefunden werden: die Elternschaft wird bestritten.

Wenn von 20 bis zu 40 verschiedene DNA-Fragmente überprüft werden, ist die Wahrscheinlichkeit sehr klein, dass eine falsche Elternschaft nicht entdeckt wird. Die DNA-Fragmente, welche bei der Abstammungs- und Identitätsüberprüfung untersucht werden, stehen nicht mit irgendwelchen Erbeigenschaften in Verbindung, wie zum Beispiel Farbe oder Qualität eines Tieres, einer Pflanze oder auch eines Menschen, weil die untersuchten DNA-Fragmente nicht-codierend sind.

 Durch die Bestimmung der Länge von einer Reihe von DNA-Fragmenten aus einer Probe wird ein DNA-Profil ermittelt. Das gefundene Muster ist spezifisch für eine bestimmte Person, Pflanze oder Tier, so dass im Zweifel durch Vergleich der DNA-Profile nachgewiesen werden kann, ob zwei Proben vom selben Individuum stammen.

Abstammungsüberprüfung mittels Punktmutationen (Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs)

Die Untersuchung basiert auf dem gleichen Prinzip wie bei den STRs. Es müssen allerdings mehr genetische Marker untersucht werden, weil der Informationsgehalt eines individuellen SNPs geringer ist.

Das Erbgut eines Tieres stammt von beiden Eltern. Die eine Hälfte des Erbguts stammt vom Vater, während die andere von der Mutter stammt.

Zur Abstammungskontrolle werden in der Regel 200 bis 400 verschiedene genetische Merkmale überprüft. Bei diesem Vorgang wird die tatsächliche genetische Zusammensetzung (A, C, G oder T) an jeweils einer bestimmten Stelle im Genom untersucht. Die Zusammensetzung/Variation  bei einem Nachkommen muss der Zusammensetzung/Variation  bei Mutter und Vater entsprechen, die zum Vergleich herangezogen werden. Zwei Beispiele sollen die grundlegenden Regeln bei der Abstammungsüberprüfung erläutern.

 

Marker

Nachkomme

Mutter

Vater

SNP01

AT

AA

TT

SNP02

GC

GC

CC

SNP03

TT

CT

TT

SNP04

AC

AC

AC

SNP05

CC

CC

CT

SNP06

CT

CC

CT

In der obigen Tabelle ist ein Beispiel einer korrekten Abstammung angegeben. Es wird hier das DNA-Profil von drei Individuen dargestellt: ein Nachkomme (linke Spalte), eine potentielle Mutter (mittlere Spalte) und der potentielle Vater (rechte Spalte). In jeder Zeile wird eine Variante dargestellt. In diesem Fall können alle Varianten des Nachkommen bei den Eltern gefunden werden: Die Abstammung kann nicht bestritten werden.

 

Marker

Nachkomme

Mutter

Vater

SNP01

AA

AA

TT

SNP02

GC

GC

CC

SNP03

CC

CT

TT

SNP04

AC

AC

AC

SNP05

CC

CC

CT

SNP06

CT

CC

CT

In der zweiten Tabelle wird eine bestrittene Abstammung gezeigt. Es wird hier das DNA-Profil von drei Individuen dargestellt: ein Nachkomme (linke Spalte), eine potentielle Mutter (mittlere Spalte) und der potentielle Vater (rechte Spalte). In jeder Zeile wird eine Variante dargestellt. In diesem Beispiel können eine ganze Reihe von Varianten des Nachkommen nicht bei den Eltern gefunden werden: Die Abstammung ist bestritten.

Wenn von 200 bis zu 400 verschiedene DNA-Fragmente überprüft werden, ist die Wahrscheinlichkeit sehr klein, dass eine bestrittene Elternschaft nicht nachgewiesen wird. Die DNA-Fragmente, welche bei der Abstammungs- und Identitätsüberprüfung untersucht werden, stehen nicht mit irgendwelchen Erbeigenschaften in Verbindung, wie zum Beispiel Farbe oder Qualität eines Tieres, einer Pflanze oder auch eines Menschen, weil die untersuchten DNA-Fragmente nicht-codierend sind.

Nützliche Informationen über DNA-Profile

Das DNA-Profil eines Individuums ist in jedem Teil des Körpers identisch. Es ist gleichgültig ob bei einem Vergleich von DNA-Profilen die Untersuchung auf Haarwurzeln, Blut, Schleimhautabstrichen, Sperma oder Gewebe basiert.

 Auf Grund der großen Variabilität im Erbgut ist es nahezu unmöglich, dass zwei zufällig ausgewählte Individuen ein identisches DNA-Profil besitzen. Jedes Individuum trägt seine eigenen genetischen Anlagen, die sich an einer oder mehreren Positionen von anderen Individuen unterscheiden. Eine Ausnahme sind hier eineiige Zwillinge oder Klone, die vollständig identische DNA-Profile zeigen.