Dr. van Haeringen Laboratorium B.V.

Ouderschapsverificatie op basis van DNA

De complexiteit van erfelijk materiaal

Een lichaam van een dier bestaat uit een groot aantal cellen, waarbij alle cellen een volledige set genetisch materiaal hebben. Genetische informatie is aanwezig in de kern van een cel. De genetische informatie wordt opgeslagen in chromosomen, die door het lichaam vertaald worden naar nuttige toepassingen (in de vorm van eiwitten). Dit proces is continu actief in alle cellen. De genetische (erfelijke) code wordt aangeduid als DNA.

Chromosomen bestaan uit lange DNA-ketens, die strak opgewonden zijn. Wanneer een chromosoom in detail bekeken wordt, is het mogelijk om de samenstelling van het DNA te bepalen in de vorm van A, T, G of C. Deze A, T, G of C vormen bouwstenen waaruit het DNA opgebouwd is tot lange ketens. Soms hebben deze structuren een volgorde van herhalingen (bijvoorbeeld CACACA); zulke herhalingen worden aangeduid als microsatellieten (ook bekend onder de afkorting STRs). Andere variatie zoals G/A of C/G wordt aangeduid als Single Nucleotide Polymorphism (SNP). De volgorde en samenstelling van DNA vormen de basis voor diverse toepassingen.

De bepaling van de samenstelling van erfelijke kenmerken is mogelijk op basis van haar, veren (beiden met wortels) bloed, melk, weefsel et cetera. De bruikbaarheid of toepasbaarheid van monstermateriaal is afhankelijk van de test die uitgevoerd wordt. Het gebruik van vers materiaal geeft de meeste kans op een resultaat.

 

Technieken

Genetische variatie kan in beeld gebracht worden met behulp van verschillende technieken. Vaak wordt een techniek gebruikt waarmee DNA vermenigvuldigd kan worden (PCR). DNA kan zichtbaar gemaakt worden in drie stappen:

  • DNA-extractie, waarbij de cellen in kleine stukjes gebroken worden. Het DNA is dan aanwezig in een waterige oplossing, wat nodig is voor een succesvolle PCR reactie
  • Gerichte (selectieve) vermenigvuldiging van DNA, waarbij PCR gebruikt wordt om kleine fragmenten te vermenigvuldigen
  • Analyse van het DNA in een apparaat, waarbij DNA zichtbaar gemaakt wordt. Voor dit doel wordt fluorescentie ingebouwd tijdens de PCR reactie.

Het resultaat van deze stappen is de bepaling van variatie in STRs of SNPs. Door een groter aantal STRs of SNPs te typeren wordt een genetische barcode vastgesteld. Deze barcode wordt toegepast in verschillende testen zoals ouderschapsverificatie, bepaling van identiteit, et cetera. Dit wordt in een aantal voorbeelden van toepassingen beschreven.

Ouderschapsverificatie op basis van microsatellieten (STRs)

De genetische variatie die aanwezig is in een dier, is afkomstig van beide ouders. De helft van de variatie is afkomstig van de vader, terwijl de andere helft afkomstig is van de moeder.

Voor verificatie van de afstamming worden meestal 20 tot 40 genetische kenmerken gevisualiseerd. Tijdens dit proces wordt de lengte van erfelijke fragmenten bepaald. De gemeten lengte van een genetisch kenmerk in een nakomeling moet overeenkomen met de lengte in de moeder en de vader die voor de vergelijking werden verstrekt. In twee voorbeelden wordt getoond hoe de basisregels in ouderschapsverificatie worden toegepast.

In de afbeelding is een voorbeeld gegeven van een juiste afstamming. In deze afbeelding wordt het DNA van drie dieren getoond: een nakomeling (bovenste regel), een potentiële moeder (middelste regel) en een potentiële vader (onderste regel). In elke regel wordt een genetische merker getoond. Twee DNA-fragmenten zijn zichtbaar als pieken. Het eerste fragment van de nakomeling is afkomstig van de vader (lengte van het fragment is 150), terwijl het tweede fragment afkomstig is van de moeder (fragment lengte 152). In dit geval zijn beide fragmenten van de nakomeling aanwezig bij de ouders: de afstamming is correct.

In het tweede voorbeeld wordt een situatie getoond waarbij de afstamming niet correct is. De drie regels worden weergegeven in de volgorde van nakomeling, potentiële moeder en potentiële vader. Opnieuw wordt in elke regel één DNA-marker getoond, waarbij twee DNA-fragmenten zichtbaar zijn als pieken. Het tweede fragment van de nakomeling is aanwezig in de moeder (fragment lengte 152), terwijl het eerste fragment van de nakomeling (fragment lengte 150) niet aanwezig is bij de potentiële vader. In dit geval is één fragment aanwezig bij de nakomeling dat niet aanwezig is bij een van de ouders: de afstamming is niet correct.

Indien 20 tot 40 verschillende genetische fragmenten zijn beoordeeld, wordt de kans zeer klein dat een onjuiste afstamming niet wordt gedetecteerd. De genetische fragmenten die worden gebruikt voor de verificatie van de afstamming en identificatie bevatten geen informatie over eigenschappen zoals kleur en kwaliteit van een dier, plant of mens, aangezien de gekozen fragmenten niet-informatief zijn.

 Wanneer de lengte van een aantal fragmenten is gemeten in een monster, dan is daarmee een DNA-profiel vastgelegd. Dit patroon is uniek voor een specifiek persoon, dier of plant, zodat in geval van twijfel de DNA-profielen kunnen worden vergeleken om te bevestigen of twee monsters afkomstig zijn van dezelfde dier.

Ouderschapsverificatie met behulp van Single Nucleotide Polymorfismen (SNPs)

Net als bij microsatellieten (STRs) is de basis hetzelfde. Echter, meer genetische markers worden getest omdat de informatie per marker voor een SNP lager is in vergelijking met een microsatelliet.

De genetische variatie die aanwezig is in een dier, is afkomstig van beide ouders. De helft van de variatie is afkomstig van de vader, terwijl de andere helft afkomstig is van de moeder.

Voor verificatie van de afstamming worden meestal 200 tot 400 genetische kenmerken gevisualiseerd. In dit proces wordt de werkelijke genetische samenstelling (A, C, G of T) gemeten. De samenstelling/variant in een nakomeling moet overeenkomen met de samenstelling/variant in de moeder en de vader die verstrekt zijn voor de vergelijking. In twee voorbeelden wordt getoond hoe de basisregels in ouderschapsverificatie worden toegepast.

 

Marker

Nakomeling

Moeder

Vader

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 de bovenstaande tabel is een voorbeeld gegeven van een juiste afstamming. In deze tabel wordt het DNA van drie dieren getoond: een nakomeling (linker kolom), een potentiële moeder (middelste kolom) en een potentiële vader (rechter kolom). In elke regel wordt een genetische variant getoond. In dit geval zijn alle varianten die bij de nakomeling aanwezig zijn ook aanwezig bij de ouders: de afstamming correct is.

 

Marker

Nakomeling

Moeder

Vader

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 de tweede tabel is een voorbeeld gegeven waarbij de afstamming niet correct is. In deze tabel wordt het DNA van drie dieren getoond: een nakomeling (linker kolom), een potentiële moeder (middelste kolom) en een potentiële vader (rechter kolom). In elke regel wordt een genetische variant getoond. In dit geval zijn diverse varianten aanwezig bij de nakomeling die niet aanwezig zijn bij de ouders: de afstamming is niet correct.

Indien 200 tot 400 verschillende genetische fragmenten zijn beoordeeld, wordt de kans zeer klein dat een onjuiste afstamming niet wordt gedetecteerd. De genetische fragmenten die worden gebruikt voor de verificatie van de afstamming en identificatie bevatten geen informatie over eigenschappen zoals kleur en kwaliteit van een dier, plant of mens, aangezien de gekozen fragmenten niet-informatief zijn.

Nuttige informatie over DNA-profielen

Het DNA-profiel van een individu is identiek in elk deel van het lichaam. Het maakt niet uit of een DNA-profiel van een individu gebaseerd is op haren, bloed, swabs, sperma of weefsel.

 Omdat er zoveel variatie is in het DNA, is het vrijwel onmogelijk dat twee willekeurig gekozen dieren een identiek DNA-profiel hebben. Een individu heeft zijn of haar eigen DNA, dat op een aantal plaatsen anders is dan andere individuen. Een uitzondering hierop zijn eeneiige tweelingen of gekloonde dieren, die in theorie volledig identiek DNA hebben.