Die DNA-Analyse ist eine vergleichsweise junge Methode zur Feststellung einer Person mit nahezu hundertprozentiger Genauigkeit. Sie kommt bei Vaterschaftstests, in der Verbrechensbekämpfung und zur Identifizierung von unbekannten Toten, wie den Flutopfern in Asien, zum Einsatz.
Voraussetzung für die Untersuchung ist das Vorhandensein von Körperzellen in ausreichender Qualität. Gerade in der Kriminaltechnik ist DNA-fähiges Material manchmal nur schwer sicherzustellen.
An der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wurde nun ein Verfahren entwickelt, das die DNA-Bestimmung an ausgefallenen Haaren und an anderem stark geschädigten Material wesentlich vereinfacht. Aber gerade ausgefallene Haare von Kleidungsstücken oder dem Tatort sind in einem Verbrechensfall manchmal die einzige biologische Spur, die ein Täter hinterlässt. Bei alten Straftaten oder bei der Feststellung von unbekannten Toten liegt den Rechtsmedizinern oft nur geschädigtes Material zur Untersuchung vor. Der DNA-Strang ist gebrochen und es sind nur kurze DNA-Schnipsel vorhanden.
Abhängig vom Grad der Zerstörung und dem Untersuchungsziel können verschiedene Analyseverfahren eingesetzt werden. Das grundlegende Prinzip zur Erstellung eines DNA-Profils ist zunächst immer gleich.
Grundlagen der DNA-Analyse
Die Desoxyribonukleinsäure (DNA/DNS) enthält die Erbinformation eines Menschen, besteht aus vier Grundbausteinen, den Basen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin, und findet sich hauptsächlich im Zellkern in Form von 46 Chromosomen. Nur etwa fünf Prozent der DNA sind codierende Bereiche und für die tatsächliche Ausprägung und das Erscheinungsbild einer Person verantwortlich. Die anderen 95 Prozent sind nichtcodierende, teils unterschiedlich lange Abschnitte ohne eine für die Erscheinung relevante Information.
In diesem nichtcodierenden Bereich liegen auch Abschnitte, die von Person zu Person sehr unterschiedlich ausgeprägt sind und daher ein relativ eindeutiges Merkmal für die Erkennung liefern: DNA-Blöcke aus bestimmten Basenabfolgen wie etwa "Adenin - Guanin - Adenin - Adenin", die sich mehrmals wiederholen und dadurch eine ganz bestimmte Länge erreichen. Die Anzahl der Wiederholungen kann zwischen einzelnen Individuen stark variieren, ist aber bei jeder Person immer gleich, was bedeutet, dass jede Körperzelle eines Menschen die gleiche Anzahl von Wiederholungen zeigt.
In den Körperzellen von Blut, Speichel, Sperma oder Haaren können diese DNA-Abschnitte lokalisiert und dann millionenfach vervielfältigt werden, um so ihre Länge zu ermitteln. Diese Längenbestimmung wird für acht Datenbankmerkmale erstellt und ergibt den genetischen Fingerabdruck, ausgedrückt in einem Zahlencode.
Der Zahlencode sagt nichts über die Eigenschaften eines Menschen aus, kann aber durch Abgleichung mit Proben aus der DNA-Datenbank des Bundeskriminalamts (BKA) zur Überführung eines Täters führen, wie etwa im Fall Moshammer geschehen.
Soll die DNA-Diagnostik anhand von Haarproben erfolgen, kann bei noch wachsenden Haaren aus den Wurzelscheidezellen genug DNA-fähiges Material gewonnen werden. Bei ausgewachsenen und ausgefallenen Haaren sind kaum noch Körperzellen zu finden. Alte oder anderweitig geschädigte DNA liegt nur in kleinen Bruchstücken vor.
Verbesserte DNA-Analyse bei geschädigtem Material
Die Untersuchung von ausgefallenen, sogenannten telogenen Haaren ist sehr aufwendig, weil an den Haarwurzeln oft kaum noch Körperzellen für die DNA-Analyse anhaften und die vorhandene DNA geschädigt ist. Dennoch kann hier mit speziellen Verfahren ein DNA-Profil erstellt werden, indem ganz kurze DNA-Abschnitte mit weniger als hundert Basenpaaren analysiert werden.
Die Vermehrung dieser Abschnitte mithilfe der Polymerasekettenreaktion wird mit dem neuen, in Mainz entwickelten Verfahren nunmehr wesentlich vereinfacht. Wie Dr. Klaus Bender vom Mainzer Institut für Rechtsmedizin erläutert, ist man bemüht, möglichst viele solcher Merkmale bei begrenzten Mengen an stark geschädigter DNA in einer Multiplex-Reaktion untersuchen zu können.
In einem solchen Multiplex kann man jedoch gewöhnlich nur fünf bis sieben Merkmale unterbringen. Bei der neuen Methode werden zwei Multiplexe für die Polymerasekettenreaktion vereinigt und danach durch ein spezielles Verfahren wieder voneinander getrennt. Dadurch können in einer Analyse elf DNA-Abschnitte oder -Merkmale ermittelt werden, also durchschnittlich drei Merkmale mehr als in dem herkömmlichen Verfahren.
"Außerdem können wir nun sehr viele Merkmale mit nur einem Haar erheben, weil die Vervielfältigung der DNA-Abschnitte in einem Schritt und nicht mehr nacheinander erfolgt", so Bender.
Das Mainzer Institut für Rechtsmedizin zählt zu den wenigen Einrichtungen in Deutschland, die telogene Haare untersuchen können. Das neue Verfahren ist nunmehr seit etwa einem halben Jahr im Einsatz und hat die Analysen, unter anderem im Hauptanwendungsbereich der Verbrechensbekämpfung, deutlich verbessert.
Das Verfahren wurde inzwischen vom Patentverbund Forschung Rheinland-Pfalz für die Johannes Gutenberg-Universität Mainz durch eine Patentanmeldung schutzrechtlich gesichert.
Bisher durften aus DNA-Spuren nur Geschlecht und genetische Identität einer Person festgestellt werden. Eine Änderung der Strafprozessordnung erlaubt nun auch eine erweiterte DNA-Analyse: Seit dem 1.1.2020 ist es möglich aus DNA-Spurenmaterial auch Merkmale, die das Aussehen betreffen, zu erfassen. Zugelassen sind derzeit die Bestimmung der Haut-, Haar- und Augenfarbe und des Alters.
Es lässt sich durch diese Analyse keine Person vorab eindeutig identifizieren, jedoch ist sie ein Baustein, der z.B. bei der polizeilichen Ermittlungsarbeit helfen kann, einen Täterkreis einzugrenzen.
Während die Pigmentierung (Haut, Augen, Haare) über validierte SNP Panels bestimmt wird, kann das Alter nur über Methylierungsmuster festgestellt werden. Die Bearbeitungszeit beträgt ca. vier Wochen.
Haarausfall ist in den meisten Fällen durch genetische Faktoren verursacht. Um endlich wirksam gegen Ihren Haarausfall vorgehen zu können, ist die Analyse Ihrer DNA wichtig. Viele Betroffene haben bereits eine Vielzahl verschiedener Shampoos, Mittel und Therapien ausprobiert, um ihren Haarausfall zu stoppen. Doch allgemeine Ansätze helfen hierbei nur bedingt, da die Ursachen für das Problem höchst individuell sind.
Das hauseigene Fagron-Labor erstellt nach der Analyse einen individuellen Report mit einer personalisierten Rezepturempfehlung genau für Ihre Bedürfnisse. Ihr Hautarzt wird Sie anschließend bei der Personalisierung Ihrer Alopezietherapie unterstützen. Aus den analysierten genetischen Variationen ergeben sich sieben verschiedene Behandlungsmöglichkeiten.
Dr. Glässl sagt: »Erblich bedingter Haarausfall ist bei Frauen und Männern ein großes Problem. Die Betroffenen werden immer jünger, und nicht immer liegt eine klare familiäre Belastung zugrunde. Durch die starke Beeinträchtigung suchen die Betroffenen nach vielfältigen Lösungen. Viele frei erhältliche Produkte können ihr Versprechen jedoch nicht halten. Auch ich als Arzt bin mit den standardmäßig zu verordnenden Medikamenten nicht immer zufrieden. Auf Basis eines DNA-Tests, der vielfältige Faktoren des erblich bedingten Haarausfalls darstellt, erfolgt eine individuelle, auf das genetische Expressionsmuster abgestimmte Therapieempfehlung. Wir können eine speziell für den Patienten angefertigte Rezeptur für die tägliche Anwendung verordnen - und damit sehr gute Ergebnisse erwarten.
Anschließend versenden Sie die Probe zur Analyse in unser Labor. Zusammen mit Ihrem Arzt füllen Sie Ihren Fragebogen zur Erfassung weiterer relevanter Merkmale aus. Innerhalb von 4 bis 5 Wochen liegen Ihre Analyseergebnisse inklusive Rezepturempfehlung vor. Die Apotheke Ihrer Wahl wird die Rezeptur speziell für Sie anfertigen.
So nehmen Sie eine Haarprobe für die DNA Analyse:
- Zupfen Sie 60 bis 80 Mähnen- oder Schweifhaare. Vergewissern Sie sich, dass an jedem Haar ein Follikel (Haarwurzel) vorhanden ist.Wichtig: Die Haare müssen herausgezogen werden und dürfen nicht abgeschnitten werden (siehe Bild).
- Fixieren Sie die Haare mit einem Klebestreifen auf dem Papier. Bitte achten Sie darauf, dass der Klebestreifen keinesfalls die Follikel berührt.
- Das Blatt mit den aufgeklebten Haaren plus dem zugehörigen Begleitschreiben in den Briefumschlag stecken. Die Proben müssen nicht gekühlt werden und können als Briefpost versandt werden.
Alternative Analysemethoden
Alter und Geschlecht, Ernährung und Lebensstil präzise aus einer Haarprobe ablesen? Dies wollen US-amerikanische Forscher mittels Isotopenanalysen möglich machen. Das Verfahren habe Vorteile gegenüber DNA-Analysen, weil es mehr über den Lebensstil der Person aussage, berichtete das Team um Glen Jackson auf einem Treffen der Amerikanischen Chemischen Gesellschaft in San Francisco.
Den Chemikern von der West Virginia University gelang es ihren Angaben zufolge, aus Haarproben von 20 Frauen mit 80-prozentiger Wahrscheinlichkeit den Body-Mass-Index der Haarbesitzerin richtig zu bestimmen.
Der Fokus der Analysetechnik liegt auf Elementen, die im Haarbestandteil Keratin vorkommen, beispielsweise Kohlenstoff und Stickstoff. Sie liegen in unterschiedlichen Varianten vor. Je nach Ernährung und Lebensstil stehen diese Isotope eines Elements in einem bestimmten Verhältnis zueinander.
Forensik-Experten der Universität Heidelberg kommentieren, der Ansatz der Chemiker habe zwar «durchaus Charme», aber sie bleiben angesichts geringer Fallzahlen, wenig Details und fehlender Vergleichsgrößen zu aussagekräftigen Biomarkern skeptisch.
Weil die DNA in Haaren fragil ist, versuchen Forscher bislang, Haare auf Basis markanter Proteinstellen zuzuordnen, denn Proteine sind wesentlich robuster als DNA. Eine weitere Idee stammt aus der Molekularbiologie.
Wissenschaftler um Glendon Parker vom Lawrence Livermore National Laboratory im US-Bundesstaat Kalifornien sagen nun: Anhand der Proteinstrukturen lassen sich Haare ebenfalls ihrem Besitzer zuordnen. Im Fachmagazin "Plos One" berichten sie über ihr Verfahren, das sie auch zum Patent angemeldet haben, mit dem sie also Geld verdienen wollen.
Die Wissenschaftler hatten sechs verschiedene, bis zu 250 Jahre alte Proben aus Gräbern in London und der britischen Grafschaft Kent analysiert. Zum Vergleich untersuchten sie außerdem Proben von 76 heute lebenden Menschen europäisch/amerikanischer und afrikanischer Herkunft. Analysiert wurde jeweils der Haarschaft.
Insgesamt spürten sie dabei 185 Marker auf, also Proteinstellen, an denen es Varianzen gibt.
Der gezeigte Ansatz allein genüge derzeit nicht, um eine Person zu identifizieren, stellt Kathrin Yen klar. Sie ist Ärztliche Direktorin am Institut für Rechts- und Verkehrsmedizin in Heidelberg und nicht an der Studie beteiligt.
Das Problem: Nicht jede Punktmutation in der DNA führe zu einer Veränderung des darin codierten Proteins. Daher sei die DNA-Vielfalt generell größer als die in Proteinen. "Damit ist eine Untersuchung der DNA zur Identifizierung einer Person aus biostatistischer Sicht weitaus aussagekräftiger", so Yen.
Das Team um Glendon Parker hofft nun darauf, über weitere Analysen einen Kernsatz von etwa 100 Proteinmarkern festlegen zu können, der es möglich macht, einen Menschen anhand eines einzelnen Haares aus der gesamten Menschheit herauszufiltern.
Nützlich könne das Verfahren für Forensiker und bei archäologischen Analysen sein. "Wir sind mit der proteinbasierten Identifikation an einer ganz ähnlichen Stelle, an der das DNA-Profiling in den frühen Tagen seiner Entwicklung war", sagt Co-Autor Brad Hart.
In Deutschland werden Haaranalysen in der forensischen Toxikologie derzeit zum Nachweis von Alkohol, Drogen oder Medikamenten durchgeführt.
Man kennt das aus dem Krimi: Ein paar Haare am Tatort können ausreichen, um Ermittler auf die Spur der Täter zu bringen. Eine DNA-Analyse liefert inzwischen selbst dann gute Ergebnisse, wenn es nur sehr wenig oder stark beschädigtes Erbmaterial in der Haarprobe gibt.
Allerdings gibt es das Problem, dass die DNA-Moleküle abhängig von Umwelteinflüssen rasch zersetzt werden. Proteine dagegen sind vielfach robuster und bleiben über längere Zeiträume erhalten.
Ein großer Nachteil bei der Identifizierung von Menschen mittels DNA: Die fragilen Erbinformations-Moleküle können sich durch Umwelteinflüsse rasch zersetzen. Proteine hingegen sind um ein Vielfaches robuster und bleiben so über längere Zeiträume erhalten. Zudem gibt es bei den einzelnen Aminosäuren individuelle Unterschiede.
Es sind zwei Datensätze, die den Forschern als Basis ihrer Untersuchungen dienten. Der erste Datensatz sind Haarproben von 76 nicht miteinander verwandten Menschen europäischer, amerikanischer sowie afrikanischer Abstammung. Der zweite Datensatz entstand aus sechs verschiedenen Haarschaft-Proben von Verstorbenen, die von Archäologen auf alten Friedhöfen in London und Kent ausgegraben worden sind.
Aus diesen beiden Datensätzen konnten die Forscher 185 Marker identifizieren, das sind Proteinstellen, an denen individuelle Merkmale existieren. Je nach Probe identifizierten sie zwischen 376 und 18.563 unterschiedliche Proteine.
Diese Trefferquote reicht an die Präzision heutiger DNA-Analysen noch nicht heran. Das Ziel der Forscher ist jedenfalls gesetzt: In Zukunft soll ein einziges Haar ausreichen, um aus den über sieben Milliarden Erdbewohnern den Haarträger eindeutig zu identifizieren.
Die britische Polizei in West Yorkshire kann selbst latente Fingerabdrücke auswerten, die aus nur schwer sichtbaren Substanzen wie Drüsensekreten bestehen. Verraten Fingerabdrücke der Polizei nur die Identität der Täter? Nein, sie speichern sogar deren Essgewohnheiten.
Um an diese Informationen zu kommen, haben britische Wissenschaftler gemeinsam mit der Polizei in West Yorkshire ein Analyseverfahren auf Molekülebene entwickelt.
Die DNA-Analyse als Fahndungsinstrument
Zusammenfassung
Die DNA-Analyse von Haaren hat sich zu einer wichtigen Methode in der Forensik, Kriminalistik und personalisierten Medizin entwickelt. Neue Verfahren ermöglichen es, auch aus geschädigtem Material zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Alternative Analysemethoden wie die Isotopenanalyse und die Untersuchung von Proteinstrukturen bieten zusätzliche Möglichkeiten, Informationen aus Haarproben zu gewinnen.
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