Die DNA-Analyse von Haaren spielt eine immer größere Rolle in der Forensik und Archäologie. Ein einzelnes Haar am Tatort kann entscheidend sein, um Ermittler auf die Spur von Tätern zu bringen. Dank moderner Technologien liefern DNA-Analysen auch bei geringen oder stark beschädigten Mengen an Erbmaterial in Haarproben gute Ergebnisse.
DNA-Stränge
Die Herausforderungen der DNA-Analyse
Ein Problem besteht darin, dass DNA-Moleküle durch Umwelteinflüsse schnell zersetzt werden können. Proteine sind oft robuster und bleiben über längere Zeit erhalten. Daher suchen Wissenschaftler nach alternativen Methoden zur Identifizierung von Personen anhand von Haarproben.
Proteinbasierte Identifizierung
Wissenschaftler um Glendon Parker vom Lawrence Livermore National Laboratory haben ein Verfahren entwickelt, bei dem anhand von Proteinstrukturen Haare ihrem Besitzer zugeordnet werden können. Im Fachmagazin "Plos One" berichteten sie über ihre Methode, die sie auch patentieren ließen. Die Forscher analysierten sechs verschiedene, bis zu 250 Jahre alte Proben aus Gräbern und verglichen sie mit Proben von 76 heute lebenden Menschen europäisch/amerikanischer und afrikanischer Herkunft. Sie spürten 185 Marker auf, also Proteinstellen, an denen es Varianzen gibt.
Kritische Einschätzung
Kathrin Yen, Ärztliche Direktorin am Institut für Rechts- und Verkehrsmedizin in Heidelberg, weist darauf hin, dass der gezeigte Ansatz allein derzeit nicht ausreicht, um eine Person zu identifizieren. Die DNA-Vielfalt ist generell größer als die in Proteinen, was die DNA-Analyse aus biostatistischer Sicht aussagekräftiger macht.
Zukünftige Entwicklungen
Das Team um Glendon Parker hofft, durch weitere Analysen einen Kernsatz von etwa 100 Proteinmarkern festlegen zu können, der es ermöglicht, einen Menschen anhand eines einzelnen Haares aus der gesamten Menschheit herauszufiltern. Dieses Verfahren könnte für Forensiker und bei archäologischen Analysen nützlich sein.
Co-Autor Brad Hart vergleicht die proteinbasierte Identifikation mit den frühen Tagen des DNA-Profilings. Die DNA-Analyse wird bereits bei Vaterschaftstests, in der Verbrechensbekämpfung und zur Identifizierung von unbekannten Toten eingesetzt.
DNA-Analyse im Labor
DNA-Bestimmung an ausgefallenen Haaren
An der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wurde ein Verfahren entwickelt, das die DNA-Bestimmung an ausgefallenen Haaren und an anderem stark geschädigten Material wesentlich vereinfacht. Die Untersuchung von ausgefallenen, sogenannten telogenen Haaren ist sehr aufwendig, da an den Haarwurzeln oft kaum noch Körperzellen für die DNA-Analyse anhaften und die vorhandene DNA geschädigt ist.
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.
Das Verfahren zur DNA-Profil-Erstellung
Das grundlegende Prinzip zur Erstellung eines DNA-Profils ist zunächst immer gleich. Die Desoxyribonukleinsäure (DNA/DNS) enthält die Erbinformation eines Menschen und besteht aus vier Grundbausteinen: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Sie 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 Abschnitte ohne relevante Information. In diesem Bereich liegen DNA-Blöcke aus bestimmten Basenabfolgen, die von Person zu Person sehr unterschiedlich ausgeprägt sind und daher ein relativ eindeutiges Merkmal für die Erkennung liefern. Die Anzahl der Wiederholungen kann zwischen einzelnen Individuen stark variieren, ist aber bei jeder Person immer gleich.
In den Körperzellen von Blut, Speichel, Sperma oder Haaren können diese DNA-Abschnitte lokalisiert und millionenfach vervielfältigt werden, um ihre Länge zu ermitteln. Diese Längenbestimmung wird für acht Datenbankmerkmale erstellt und ergibt den genetischen Fingerabdruck, ausgedrückt in einem Zahlencode.
DNA-Sequenzierung
Verbesserungen durch neue Verfahren
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.
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. 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.
Bedeutung der mitochondrialen DNA
Eine weitere Möglichkeit ist die Untersuchung der mitochondrialen DNA. Erbinformationen finden sich nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Mitochondrien. Der Vorteil der mitochondrialen DNA ist, dass sie in sehr viel größerer Zahl vorliegt als die Zellkern-DNA. Der Nachteil besteht darin, dass sie nur über die mütterliche Linie vererbt wird.
Reinigung von Haarproben
Infolge der immer sensitiver werdenden Methoden in der forensischen DNA-Analytik kommen zunehmend Haare ohne Wurzel für eine DNA-Analyse in Betracht. Da diese Proben in der Regel keine oder kaum genomische DNA enthalten, führt vornehmlich die äußerst sensitive mitochondriale DNA-Analyse zu verwertbaren Ergebnissen. Alle an dem Haar eventuell anhaftenden Substanzen müssen vor der Analyse entfernt werden, da diese Antragungen die anschließenden DNA-Analysen hemmen, verfälschen oder gar gänzlich unbrauchbar machen können.
In einem geplanten Projekt soll eine verbesserte Methode zum Reinigen von forensischen Haarproben entwickelt werden, welche die Haarproben ohne Verlust der eigentlichen Haar-DNA gänzlich von unterschiedlichen Antragungen befreit. Während der Studie sollen unterschiedliche Haarproben mit verschiedenen Antragungen zunächst verunreinigt und anschließend mit verschiedenen Reinigungsmethoden gereinigt werden.
Zudem sollen auch die Waschlösungen auf ihren DNA-Gehalt, dessen Reinheit und Typisierbarkeit hin untersucht werden. Die Haarproben werden zunächst mit jeweils einem der fünf Gewebe kontaminiert und mit unterschiedlichen Reinigungsmethoden dekontaminiert. Anschließend wird die DNA extrahiert.
Mittels PCR werden verschiedene STR-Systeme und Amelogenin untersucht, bzw. wird mittels PCR und Sequenzierung die Basensequenz der mitochondrialen Kontrollregion der Haarproben und der gewonnenen Waschlösungen bzw. Abriebe bestimmt.
Können Haaranalysen WIRKLICH zeigen, was dir fehlt? | Quarks
Historische Perspektive
Bis in die frühen neunziger Jahre wurden Haarproben unter einem Mikroskop auf sichtbare Merkmale wie Farbe, Verteilung der Farbpigmente oder Schuppenstrukturen untersucht. Anhand eines Vergleichshaares wollte man so bestimmen, ob die gefundene Probe von einer bestimmten Person stammen könnte. "Aber man wusste damals schon, dass diese Methode nur begrenzte Aussagekraft hat", sagt Dr. Ingo Bastisch, Leiter des Fachbereichs Humanspuren des Bundeskriminalamts (BKA).
Die Fehlerquote bei diesem Vorgehen ist nämlich beachtlich. Einer Studie aus dem Jahr 1985 zufolge erweist sich selbst unter idealen Bedingungen eine von 20 Zuordnungen als falsch. Seit Ende der neunziger Jahre hat das BKA keine morphologische Untersuchung mehr in Auftrag gegeben.
Vergleich der Methoden
| Methode | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Morphologische Untersuchung | Einfache Durchführung | Hohe Fehlerquote, geringe Aussagekraft |
| DNA-Analyse (Zellkern-DNA) | Hohe Verlässlichkeit | Benötigt intakte Zellen, schwieriger bei beschädigten Proben |
| DNA-Analyse (mitochondriale DNA) | Höhere Anzahl pro Zelle | Nur über mütterliche Linie vererbbar |
| Proteinbasierte Identifizierung | Proteine robuster als DNA | Geringere Vielfalt als DNA |
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