Der genetische Fingerabdruck

Hallo, ich bin Katja und in diesem Video geht es darum, was ein genetischer Fingerabdruck ist und welche Methoden dabei Anwendung finden. Die Technik des genetischen Fingerabdrucks wurde 1984 das 1. Mal von Dr. Alec Jeffreys an der Universität Leicester in England dokumentiert. Dabei wird nicht die Sequenz der DNA-Basen, sondern die Länge bestimmter DNA-Abschnitte untersucht. Der genetische Fingerabdruck wird im Englischen auch DNA Profiling genannt, weil ein Längenprofil bestimmter DNA-Abschnitte erstellt wird. Obwohl 99,9 Prozent der menschlichen DNA-Sequenz in jedem Menschen identisch ist, reichen die restlichen 0,1 Prozent aus, um ein Individuum von einem anderen zu unterscheiden. Eine Ausnahme hierbei bilden eineiige Zwillinge. Etwa 97 Prozent der menschlichen DNA trägt keine Gene. Innerhalb dieser nicht codierenden Bereiche oder Introns gibt es zahlreiche Abschnitte, die sich aus Wiederholungen derselben kurzen Basenfolge zusammensetzen. Diese Wiederholungssequenzen mit einer Länge der Sequenz von 2 bis 16 Basenpaaren unterscheiden sich stark von Individuum zu Individuum. In diesem Beispiel wird die Sequenz CATG 4 Mal wiederholt. Diese DNA-Sequenzwiederholungen werden auch STRs oder short tandem repeats genannt. Short tandem repeat heißt soviel wie "kurze Reihenwiederholung". Da die STR-Bereiche oder Loci sich nicht in codierenden DNA-Abschnitten befinden, erlaubt der genetische Fingerabdruck ebenso wie der echte keine Aussagen über die sonstigen Merkmale einer Person - zum Beispiel Aussehen, Gesundheit. Lediglich eine Aussage über das Geschlecht ist zusätzlich möglich. Die Sequenz und die Anzahl der Wiederholungen unterscheidet sich zwischen den STR-Bereichen. Bei einer Standardanalyse wird die Länge von 8 bis 16 STR-Loci zwischen DNA-Proben verglichen. Diese STR-Loci sind über den Chromosomensatz des Menschen verteilt. An jedem STR-Locus besitzt jeder Mensch das gleiche Basenmuster. In unserem Beispiel war das CATG. Nur die Anzahl der Wiederholungen ist variabel. Je ein STR-Allel pro Locus wird vom Vater und einer von der Mutter vererbt. In diesem Beispiel hat die Mutter in einem bestimmten STR-Bereich auf dem einen Chromosom 3 Wiederholungen und auf dem Schwester-Chromosomen 4 Wiederholungen der Sequenz. Der Vater hat auf einem Chromosom 2 Wiederholungen und auf dem anderen 5 Wiederholungen der Sequenz. Das Kind erhält nun je ein Chromosom vom Vater und eins von der Mutter, und zwar vom Vater das mit 2 Wiederholungen und von der Mutter das mit 4 Wiederholungen der Sequenz. Dadurch dass in der Regel mehr STR-Bereiche betrachtet werden, sinkt die statistische Wahrscheinlichkeit, dass 2 Menschen zufällig das gleiche STR-Muster haben auf weniger als 1:100.000.000. Das bedeutet, dass unter 100 Millionen Menschen jeweils einer denselben genetischen Fingerabdruck hat wie die untersuchte Person. Die Gefahr einer Verunreinigung der Ausgangsprobe mit biologischem Material einer anderen Person ist wesentlich größer, als dass 2 Personen das gleiche DNA-Profil haben. Auch alle Materialien, die im Labor benutzt werden, müssen frei von fremder DNA sein. So viel zum Hintergrund. Was geschieht aber, wenn ein genetischer Fingerabdruck erstellt werden soll? Für den genetischen Fingerabdruck wird die DNA im 1. Schritt aus menschlichen Zellen isoliert. Etwa aus Zellen der Mundschleimhaut, des Blutes aus Haarfolikel-Zellen oder Spermien. Welche Körperzellen verwendet werden, ist im Grunde egal. Da in allen Körperzellen eines Individuums die gleiche genetische Information enthalten ist. Im 2. Schritt werden die STR-Bereiche mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion oder auch polymerase chain reaction (PCR) vervielfältigt. Wie das funktioniert, erkläre ich in einem der nächsten Videos. Die vervielfältigten STR-Bereiche werden in einem Gel nach Größe und Ladung aufgetrennt. Diese Technik nennt man Gelelektrophorese. Agarose wird aus Rotalgen gewonnen und ähnlich wie Gelatine kann man sie in heißem Wasser auflösen und beim Erstarren entsteht ein Gel. Solange das Gel noch heiß und flüssig ist, kann man einen sogenannten Kamm in die Flüssigkeit hängen und diesen nach Erstarren des Gels wieder herausziehen. Zurück bleibt ein Loch im Gel, in das man die vervielfältigten DNA-Fragmente einfüllt. Das Gel hat in sich eine Art sehr feine Netzstruktur. Wenn man jetzt Strom anlegt, bewegen sich die negativ geladenen DNA-Fragmente zum Pluspol. Die kleinen DNA-Fragmente kommen dabei schneller durch das Gelnetz als die großen. Durch Zugabe von Stoffen, die an die DNA binden, können die Fragmente anschließend sichtbar gemacht werden. Sehr gebräuchlich ist hierfür Ethidiumbromid, das bei Bestrahlung mit UV-Licht leuchtet. In modernen Laboren kommt heute auch die Kapillarelektrophorese zum Einsatz, die im Prinzip ähnlich funktioniert wie die Gelelektrophorese. Die DNA-Fragmente werden hier aber nicht in einem relativ großen Gel, sondern einem dünnen gelgefüllten Röhrchen, einer sogenannten Kapillare aufgetrennt und am Ende durch eine Sonde dedektiert. Das Ergebnis ist das typische Bild ähnlich einer unregelmäßigen Leiter. Die einzelnen Striche werden auch Banden genannt und jede Bande auf dem Bild steht für DNA-Stücke einer bestimmten Länge. Ob man bei diesen Abbildungen jetzt helle Banden auf dunklem Hintergrund oder dunkle Banden auf hellem Hintergrund hat, ist vollkommen egal und nur eine Frage der Darstellung. Die ursprünglich von Dr. Alec Jeffreys entwickelte Methode funktioniert etwas anders als die STR-Analyse. Bei dieser Methode wird die DNA durch bestimmte Restriktionsenzyme zerschnitten. Diese Enzyme stammen aus Bakterieren und erkennen jeweils spezifische DNA-Sequenzen, an denen sie schneiden. Ein Beispiel ist das Enzym EcoRI aus Escherichia coli. Unten hab ich die Sequenz aufgeschrieben, an der das Enzym schneidet. Dadurch entstehen auch wieder DNA-Fragmente, die mithilfe der Gelelektrophorese aufgetrennt werden und ein Muster ergeben, das für jedes Individuum spezifisch ist. Diese Methode zum Erstellen eines genetischen Fingerabdrucks wird heute kaum noch verwendet, da hierfür größere DNA-Mengen notwendig sind und die Methode relativ umständlich ist. Darüber hinaus gibt es internationale Vereinbarungen darüber, welche SDR-Bereiche für den genetischen Fingerabdruck untersucht werden, damit DNA-Profile von Tätern auch zwischen Ländern ausgetauscht und verglichen werden können. Der genetische Fingerabdruck findet Anwendung für den Vaterschaftstest, für den Vergleich von DNA-Spuren von einem Tatort mit der DNA eines Verdächtigen und bei der Identifikation von Verstorbenen. In Deutschland werden DNA-Profile von Tätern in der Datenbank des Bundeskriminalamts gespeichert. Hier noch mal einige wichtige Begriffe in der Wiederholung: In den nicht codierenden Bereichen, den Introns, gibt es DNA-Sequenzwiederholungen, die STRs. Diese werden mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktionen (PCR) vervielfältigt. Die entstandenen Fragmente werden durch Agarose-Gelelektrophorese aufgetrennt und es entsteht ein DNA-Längenprofil. Ich hoffe, dieses Video hat euch gezeigt, was ein genetischer Fingerabdruck ist und wie er zustande kommt. Danke euch für's Zuschauen, bis zum nächsten Mal.