DNA fingerprinting, poznato i kao DNA profiliranje, tehnika je koja koristi genetičke informacije kako bi identifikovala pojedinca. Ova metoda se zasniva na analizi određenih dijelova jedinstvenog genetičkog materijala, DNK (dezoksiribonukleinske kiseline), koji svaka osoba nasljeđuje od svojih roditelja. Ipak, ne radi se uvijek o genima, odnosno, o kodirajućem dijelu genoma

DNK otisak (DNA fingerprinting)  je laboratorijska tehnika koja se koristi i za uspostavljanje veze između bioloških dokaza i osumnjičenika u kaznenoj istrazi. Njen izumitelj je Sir Alec Jeffreys. Ovo se dogodilo neočekivano dok je Jefferys  radio na jednom drugom projektu koji se odnosio na praćenje genetičkih markera kroz porodice radi razumijevanja uzroka nasljeđivanja bolesti. DNK otisak postao je važan za forenzičke istrage, pitanja očinstva i otkrivanje nasljednih bolesti. Jeffreys je odlikovan 1994. godine za svoja istraživanja u genetici.
Godine 1994. predsjednik Clinton potpisao je američki Zakon o identifikaciji DNK, kao dio sveobuhvatnog saveznog zakona o kriminalu. Iako je direktoru FBI-a dao ovlaštenje za uspostavu nacionalne baze podataka o DNK, sistem je postao operativan tek 1998. Kombinovani sistem identifikacije DNK (akronim CODIS) smišljen je kako bi omogućio državama da udruže resurse za istraživanje kriminala u zasebnim bazama podataka DNK lokalno unutar svake države. Središnji indeks uključivao bi identifikacijske zapise kriminalaca i forenzičke analize uzoraka DNK prikupljenih s mjesta zločina i neidentificiranih ljudskih organskih tragova (krv, sperma, pljuvačka, epitelne ćelije…). Zakon je uključivao zahtjeve za provjeru stručnosti i zahtjeve zaštite privatnosti, uz kazne za prekršaje.

Kako funkcioniše DNA fingerprinting?

Nekako ljudi pomisle da, kada se radi profil DNK (DNA fingerprinting) za potrebe dokazivanja očinstva ili ko je počinio krivično djelo, “čačka” se nešto po genima. Jako sam sretna ako ljudi povezuju DNK i gene – da se geni nalaze na DNK, ali to je samo dio priče.   Nije zgoreg da ponovim: nizovi “slova” na DNK (A,C,T,G) nisu uvijek geni. Geni su samo oni dijelovi DNK koji predstavljaju upute za sintezu proteina, dakle kodirajući dijelovi. Međutim, na DNK postoje i dijelovi koji “ama baš ničemu ne služe”. Tj. naučnici su tako mislili do prije nekoliko godina. Ti dijelovi često imaju važnu ulogu u regulaciji ovog sistema.
Ključni korak u DNA fingerprintingu je izolacija i analiza određenih dijelova DNK, poznatih kao polimorfni molekularni markeri. Ovi markeri su varijacije u sekvencama gena koje se razlikuju između pojedinaca. Nakon što su markeri identificirani, stvara se jedinstveni profil za svaku osobu, poput otiska prsta, koji se može koristiti za identifikaciju.
Polimorfni molekularni markeri su varijacije u sekvencama gena ili njihovim okolnim regijama koje se mogu koristiti za identifikaciju genetičkih razlika među pojedincima. Ovi markeri su posebne genetičke karakteristike koje variraju među ljudima, stvarajući jedinstvene genetičke otiske.

 

E sad, oni dijelovi DNK koji ne kodiraju nikakve proteine mogu biti različiti. Za ovu temu sa početka važni su nam STR -“Short Tandem Repeats” lokusi (na latinskom množina od locus je “loci”). Vidite, kada kažemo da svako osoba ima drugačiju DNK, to ne znači da su geni drastično različiti – znači da geni imaju varijante, a te varijante se zovu aleli. Ipak, variranja u DNK se mogu desiti bilo gdje – pa i na dijelovima koji ne kodiraju proteine.

Geni su obično dugački nizovi. Ako bi se trebale uporediti dvije osobe po osnovu gena, treba izolirati nekoliko gena, umnožiti ih (“da se bolje vide”) , uraditi elektroforezu…nije to teško, ali nije baš praktično.

Tu u film uskaču kao deus ex machina gore spomenuti STR. Kao što im i samo ime kaže, STR su kratke sekvence nukleotida (osnovne gradivne jedine DNK, sadrže ona slova- A,C,T,G) koje se ponavljaju. To su obično 3-4 “slova” koja se ponavljaju, ali finta je u tome što se kod različitih ljudi različito ponavljaju. Te varijante u broju ponavljanja također zovemo aleli.

Short Tandem Repeats (STRs) su ponavljajuće sekvence DNK koje se sastoje od kratkih nizova nukleotida koji se ponavljaju jedan pored drugog. U DNA fingerprintingu, STRs igraju ključnu ulogu zbog svoje visoke varijabilnosti među pojedincima. Short Tandem Repeats o sebično se nalaze u nekodirajućim dijelovima genoma, tj. u regijama koje ne služe za proizvodnju proteina.

Eksperimentalno, STRs se analiziraju pomoću tehnike poznate kao PCR (lančana reakcija polimeraze), gdje se određeni STR regioni umnožavaju. Nakon umnožavanja, dužine STR fragmenata se određuju pomoću elektroforeze, što rezultira specifičnim profilom za svaku osobu.

Kombinirajući različite STR lokacije, stručnjaci stvaraju jedinstveni genetski otisak za svakog pojedinca. Ova jedinstvenost čini STRs izuzetno korisnima u forenzici, biološkom roditeljstvu i drugim područjima DNA fingerprintinga. STR analiza omogućuje precizno razlikovanje između pojedinaca, pružajući visoku pouzdanost u identifikaciji ili isključivanju osoba iz genetičkih analiza. Ova tehnika se često koristi u istraživanju kriminalnih slučajeva, utvrđivanju srodstva te u genetskim istraživanjima.

Primjer, da bude lakše: STR nazvan D7S820, koji se nalazi na hromosomu 7 može imati 5 do 16 ponavljanje sekvence GATA (guanin-adenin-timin-adenin, je li ko gledao film GATTACA?). Recimo: GATAGATAGATAGATAGATA. Neka druga osoba možda ima 7 ovih GATA ponavljanja, a neka treća 16. Dakle, STR lokus D7S820 ima 12 alela / varijanti. Stvar se komplikuje činjenicom da svaka naša stanica ima zapravo 2 kopije DNK – dvije garniture gena (2n), jednu od majke, drugu od oca. Stoga se ovih 12 varijacija STR lokusa D7S820 kombinuje u parovima i matematika kaže da je moguće 78 kombinacija (kombinatorika, formula je  (n+k-1)!/((n-1)!*k!), obratiti pažnju na faktorijele, a n=12, k=2)

Ali, D7S820 nije jedini STR koji se koristi. Ja preferiram FBI CODIS sistem: 13 +2 STR lokusa, gdje je odabrano 13 lokusa razbacanih svugdje po genomu po jedan lokus na X i Y hromosomu (AMEL) :

Sad se ovi STR lokusi zovu “markeri”. AMEL je marker za spol – AMELX i AMELY, u pitanju je gen (a ne STR) koji kodira protein amelogenin. Na kraju forenzičke analize, dobije se nešto ovako:

Zatim se ove “mrlje i ćize” upoređuju – kod zločina se traže uzorci koji tačno odgovaraju onima kod DNK bioloških uzoraka pronađenih na mjestu zločina, dok se pri ispitivanju očinstva traže slični – da ima što više podudaranja.

A sada, kviz.
1. Ko je od tri osumljičena (supect 1,2,3) bio na mjestu zločina?

2. Znamo ko je mama, ali ne znamo ko je tata? Male 1 ili Male 2?
Mama je (1). Jedno njeno dijete je (2), a drugo (3). Ko je otac (2) a ko od (3)?