Onderzoek naar biologische sporen en DNA-onderzoek

DNA in de forensische
diagnostiek
Ate Kloosterman
22 maart 2012
Rotterdam de Doelen
NFI Humane Biologische Sporen
(HBS) & WISK
UvA Forensische Biologie
Welkom
2
De impact van forensisch DNA!
Puttense moordzaak
Toevallige vangst dankzij DNA-wet
De Stentor, 22 mei 2008
Na een zoektocht van veertien jaar bleek DNA de sleutel te zijn
tot de oplossing van de Puttense moordzaak. Het erfelijk
materiaal van de 33-jarige, die dinsdag werd opgepakt, bleek een
perfecte 'match' met bloed en sperma dat werd gevonden in het
huis waar Christel Ambrosius in 1994 is vermoord.
Henk F. bekent moord Andrea
Oplossing oude moordzaak door DNA-match
Hoogeveen - Henk F. (41) uit Hoogeveen heeft de moord bekend op
Andrea Luten, zeventien jaar geleden op 10 mei 1993. Politie en justitie
hebben dit bekend gemaakt. De man heeft tegenover de politie verklaard
dat hij Andrea heeft gewurgd en dat hij en Andrea elkaar niet kenden.
3
Gerechtelijke dwalingen en DNA
4
Forensisch onderzoek
• Wetenschappelijk onderzoek dat gedaan wordt
ten behoeve van het strafrechtelijk onderzoek.
• Forensische onderzoeksresultaten kunnen helpen
bij de opsporing van verdachten.
• Daarnaast dienen de resultaten van het
onafhankelijk wetenschappelijk onderzoek de
waarheidsvinding en de bewijsvoering in het
strafrecht.
5
Onderzoek biologische sporen en DNA-onderzoek
Vier centrale vragen
1. „Zijn er biologische sporen aanwezig op het stuk van
overtuiging?‟
2. „Wat is de aard van het celmateriaal van het biologische
spoor?‟
3. „Van wie is het biologische spoor?‟
4. „Wat is de relatie van het biologisch celmateriaal tot het
strafbare feit?‟
6
Vier belangrijke eigenschappen forensisch DNA-onderzoek
Specifiek: onderzoek specifiek 10 of meer loci. DNA-profiel is
extreem zeldzaam en daardoor zeer persoonsonderscheidend.
Volledige DNA-profielen altijd zeldzamer dan 1 op 1 miljard
Gevoelig: relatief weinig biologisch sporenmateriaal nodig om een
DNA-profiel te verkrijgen
Techniek wordt steeds gevoeliger
Betrouwbaar: validatiestudies en uitgebreid kwaliteitsonderzoek
hebben aangetoond dat DNA-onderzoek zeer robuust en
betrouwbaar is
Internationaal geaccepteerd zowel wetenschappelijk als in
strafrechtsketen
Digitale opslag en vergelijking: DNA-profielen kunnen digitaal
worden opgeslagen en vergeleken in een databank:
DNA-databank is een belangrijk opsporingsmiddel
7
Biologische sporen
8
ESSENTIES
Forensisch biologisch onderzoek
9
ESSENTIES
Cursus forensisch biologisch onderzoek
Absence of evidence
Absence of evidence is evidence of absence?
• De afwezigheid van delictgerelateerd sporenmateriaal is geen
neutrale bevinding.
• Het is steun voor de hypothese dat er geen contact is geweest.
• Voorbeeld: aangifte zedenmisdrijf waar geen sperma wordt
gevonden.
Absence of evidence is no proof for absence.
•
But the more you look in places where X "ought to be" in ways and at
times that X "should be likely to be there," the more confidence you can
have that there is no "X".
Ook bij DNA: de juiste onderzoeksvragen
If you don‟t ask the right
question, you will not get
the right answer, regardless
of the brilliance of the
analysis!!!
11
Forensisch onderzoek is en de onderzoeksopdracht
“Forensisch onderzoek is gebaat bij een goede vraagstelling en
onderzoeksopdracht”
Voorbeelden van ‘niet-adequate’ vraagstellingen.
• Onderzoek naar biologische sporen en een DNA-onderzoek.
• De schoenen van de verdachte dienen te worden onderzocht op de
aanwezigheid van bloed van het slachtoffer.
• Is er DNA van de verdachte op het vuurwapen aanwezig?
• Onderzoek de 50 peuken op DNA.
• Relevant onderzoek gebruikelijk bij dit type delicten.
Onvolledige vraagstellingen
Dit soort vraagstellingen kan leiden tot:
• “routinematige aanpak”: DNA-profielen fabriek
• uitsluitend conclusies op bronniveau (van wie is het DNA) en niet
op activiteiten niveau (hoe komt het DNA van X op de schoenen
van Y).
De opdracht voor forensisch onderzoek
1.
2.
3.
4.
Is afgebakend
Bevat alle domeinrelevante informatie voor de deskundige
Bevat geen onnodige en ongewenste context informatie
Bevat een toedrachtscenario en in het ideale geval een alternatief
toedrachtscenario.
5. Indien noodzakelijk is er een vraagstelling op bron niveau en
activiteit niveau (source and activity level).
6. De prioriteit van de verschillende onderzoeken is aangegeven.
14
De praktijk van het forensisch onderzoek
•
•
•
Iemand verstrekt een opdracht (OM)
Iemand anders levert de stukken van overtuiging aan (FO; TR)
De deskundige weet niet wat er met zijn onderzoeksresultaten en
deskundigenrapport gebeurt.
De onderzoeksaanvraag
Het routine model
Een onderzoeksvraag zonder context, zaaksinformatie of enige
andere informatie.
Forensisch paradigma: vergaar alle domein relevante informatie.
Paradigma: overtuigingen, waarden en handelwijzen die door de beroepsgroep worden gedeeld
Forensisch paradigma
•
•
•
•
Er is altijd informatie beschikbaar
Aan de hand van de informatie en de waarnemingen kan een
hypothese worden geformuleerd
Bij een hypothese behoort een alternatieve hypothese te worden
geformuleerd.
De hypothese(n) worden getoetst aan de resultaten van het
wetenschappelijk onderzoek
De beperkte onderzoeksopdracht zonder domeinrelevante
informatie
“Onderzoek de broek van Kees op de
aanwezigheid van bloed van Piet”
Rapportage van een onderzoek met een beperkte
onderzoeksopdracht
Rapportage:
• Ontvangen materiaal
• Foto van het bloed op de broek
• DNA-onderzoek
• Het DNA-profiel van het bloedspoor matcht met het DNA-profiel
van Piet.
• Statistische onderbouwing van de zeldzaamheidswaarde van het
DNA-profiel.
Domein relevante informatie I
De aangifte van Piet:
• In de aangifte van mishandeling verklaart Piet dat hij is geslagen
door Kees, waardoor hij uit zijn mond heeft gebloed.
• Piet geeft aan dat zijn bloed hierdoor op de (te onderzoeken)
broek van Kees is terecht gekomen.
Toedrachthypothese 1
Domein relevante informatie II
De verklaring van Kees:
• Ik heb Piet niet mishandeld
• Het is niet mijn broek, het is Piet zijn broek
• Piet heeft zich een dag eerder aan zijn hand verwond waardoor er
bloed van Piet op de broek terecht is gekomen.
• Kees en Piet zijn broers.
Toedrachthypothese 2
Toetsen van de toedrachtshypothesen
Welke onderzoeken zijn hier geïndiceerd om de twee hypothesen te
toetsen?
• Bloedspoorpatroon analyse.
• Broek op dragermateriaal
• Broek op speeksel onderzoeken.
• Referentiemonster van verdachte analyseren.
Gerichte informatie nodig voor bemonsteren
Foto‟s
& verklaringen
23
Het verlangde onderzoek
•
•
Het verlangde onderzoek moet een essentieel element vormen
van de informatie waarop de rechter zijn oordeel moet vormen.
Als van te voren al vast staat dat (verder) wetenschappelijk
onderzoek vermoedelijk niet essentieel aan de waarheidsvinding
kan bijdragen, is nader uitputtend wetenschappelijk onderzoek
niet geïndiceerd.
Forensisch DNA-onderzoek dankzij twee baanbrekende
ontwikkelingen
Onderscheiden van personen op basis van DNA
DNA-fingerprinting
Kleine hypervariabele stukjes DNA zeer persoonsonderscheidend;
stukjes DNA variëren in lengte (aantal zich herhalende eenheden)
DNA-vermeerdering (PCR-techniek)
Specifiek vermeerderen (kopiëren) en analyseren kleine stukjes DNA
Sir Alec Jeffreys
25
Kary Mullis
The mission
The mission of the forensic DNA scientist
Obtaining an individual specific DNA profile from the smallest
conceivable amount of (highly degraded) DNA.
ADK 2002
Biologische Sporen
+
+
+
+
+
Urine
Feces
Nagelvuil
Contactsporen (huidcellen)
Haarroos
DNA structure (double helix)
Verschillen in DNA tussen personen
99.8% van de basenvolgorde is identiek.
Genetisch polymorf DNA: puntmutaties
Hypervariabele gebieden in het DNA:VNTRs?
•
Repeterende DNA sequenties
Persoon 1 ..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT..
Persoon 2 ..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT..
Persoon 3 ..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTT..
DNA content of biological samples
Evidence
Liquid blood
Bloodstain (1*1 cm)
Bloodstain (1*1 mm)
Hair (pulled out)
Hair (shed)
Hairshaft
Liquid semen
Postcoital vaginal swab
Saliva
Bone
Tooth
Urine
Feces
Nail scraping
Dandruff
DNA content
30.000 ng/ml
200 ng
2 ng
1 - 750 ng
1 - 10 ng
0,001-0,04 ng/cm
250.000 ng/ml
0-3000 ng
5000 ng/ml
1 - 20 ng/ml
Short Tandem Repeat (STR) loci
Fluorescent dye
label
Forward primer
Reverse primer
Fluorescent dye
label
Tetranucleotide repeats have become prominent in forensic DNA
•
•
•
STR-technology
Sensitive: detects ng quantities of DNA
Fast (8 hours) and relatively cheap
Can be automated (throughput)
Voordelen van STR loci voor de forensische DNA
test
•
•
•
•
Korte amplicons
Multiplex PCR
Commercieel verkrijgbare kits
Geharmoniseerde en gestandaardiseerde DNA typering
Standaard DNA-onderzoek (NGM): 15 plaatsen op het DNA
98% van het DNA is
niet coderend
15 Hypervariabele
gebieden: 15 loci
Per locus 2
DNA-kenmerken
DNA-kenmerken gelijk
of verschillend;
weergegeven met
cijfer(s)
35
Volledig NGM DNA-profiel van
referentiemonster Ate
15 genetisch polymorfe loci:
2 x 15 DNA-kenmerken:
DNA-kenmerken zichtbaar als
pieken met cijfers
Geen coderend DNA;
alleen vergelijkend onderzoek
X/Y 36
14/16 17/18 10/13 19/25 10/11 28/31.2 14/15 12/14 15/16 13.2/14 6/8 21/23 10/14 15/15 12/17.3 20/21
Onbedoeld gevolg van een DNA analyse: syndroom van Down
onthuld
Trisomy 21
Non match
Bloedspoor
Verdachte
Geen match: verdachte uitsluiten als donor
39
•
Het DNA-profiel van het spoor matcht niet met het DNA-profiel
van de verdachte
•
Dit betekent dat dit spoor niet afkomstig is van de verdachte
•
De verdachte kan worden uitgesloten als degene van wie
spoor (mede) afkomstig is‟ *
•
* Onder voorbehoud van fouten in de onderzoeksketen
DNA-databank voor strafzaken
- sporen van onbekende personen
- verdachten van misdrijven met
voorlopige hechtenis
- overleden slachtoffers waarvan de
zaak nog niet is opgelost
- veroordeelden
- ex-gedetineerden (vrijwillig)
januari 2012
sporen: 49 duizend
personen: ca 132 duizend
40
www.dnasporen.nl
Match en wetenschappelijke bewijswaarde
Bloedspoor
Verdachte
The match kans van een DNA-profiel
• De wetenschappelijke
basis voor een random
match probability
(RMP) of
zeldzaamheidswaarde
berekening: populatie
genetische DNA
database.
• In NL (N=2085 males)
De match kans van een DNA-profiel
D10: 2*0.307*0.118=0.077=7.7%
Match Probability van Ate‟s NGM DNA profiel
44
Rapportage match van volledige DNA-profielen
•
Het DNA-profiel van de verdachte matcht met het DNA-profiel van
het spoor
•
Dit betekent dat het spoor afkomstig kan zijn van de verdachte
•
De berekende frequentie van het DNA-profiel van het spoor is
kleiner dan één op één miljard*.
Ofwel, de kans dat het DNA-profiel van een willekeurig gekozen
man matcht met dit DNA-profiel is kleiner dan één op één miljard.
•
*Matchend DNA-profiel van 10 of meer loci: frequentie altijd kleiner
dan één op één op 1 miljard
•
NB. De kans dat een broer van deze verdachte dit DNA-profiel heeft is
vele malen groter (ongeveer één op tienduizend).
45
Waarom bij volledig DNA-profiel geen absolute
herkomstuitspraak: „Het spoor is van hem!‟?
Extreem zeldzaam is niet uniek
Eeneiige twee- of meerlingen: hebben hetzelfde DNA-profiel
Kans dat broer/zus matcht is groter dan een willekeurig persoon
Kans op fouten
De match kan berusten op een fout in de onderzoeksketen, van plaats
delict tot deskundigenrapport (geaccrediteerde laboratoria!)
46
Onvolledige DNA-profielen
Niet van alle loci DNA-kenmerken zichtbaar;
DNA-profiel: hogere frequentie van voorkomen;
lagere wetenschappelijke bewijswaarde
(Deels) Afgebroken DNA:
DNA is kwetsbaar en gevoelig voor vocht, warmte en direct zonlicht.
Veiligstellen en bewaren: droog, koel, buiten direct zonlicht
47
Rapportage match met een onvolledig DNA-profiel
Het DNA-profiel van de verdachte matcht met het onvolledige DNA-profiel
van het spoor
Dit betekent dat het spoor afkomstig kan zijn van de verdachte
De berekende frequentie van het onvolledige DNA-profiel is ongeveer
één op 250 duizend
NB. De kans dat een broer van de verdachte deze DNA-kenmerken heeft is
groter (ongeveer één op 750)
48
Differentiële lysis techniek
49
Differentiële lysis techniek
50
Differentiële lysis techniek
51
Nieuwe ontwikkelingen
Familial searching
52
Nieuwe ontwikkelingen
Familial searching
53
54
Principe van een Familial search
Er is een DNA-profiel van een daderspoor verkregen, maar geen
directe match in DNA-databank.
Mogelijk is er een DNA-profiel van een bloedverwant van de donor van
het spoor in DNA-databank aanwezig
DNA-profielen van bloedverwanten vertonen onderling een hogere
mate van overeenkomst dan die van niet verwante personen.
=> zoeken naar DNA-profielen van bekende personen met een hoge
mate van overeenkomst met het DNA-profiel van het daderspoor in de
hoop dat één van deze DNA-profielen van een bloedverwant van de
donor van het spoor is
=> om via bloedverwant te komen tot degene van wie het spoor
afkomstig is.
55
Familial search in Engeland/Wales
5.6 miljoen DNA-profielen in NDNAD
(± 10% van de bevolking)
sinds 2003 familial search zoekacties (Wales/Engeland)
aantal zoekacties tot medio 2010: 185 afgeronde zoekacties
33 verwanten gevonden
27 geleid tot veroordeling
96 zaken medio 2010 in onderzoek
Criteria
• Ernstige misdrijven
• volledig DNA-profiel (welke geen match heeft opgeleverd in databank)
• daderspoor
• laatste onderzoeksmogelijkheid om zaak op te lossen
• opdracht RC
56
Principe van DNA-verwantschapsonderzoek
Kind krijgt zijn DNA van zijn
beide ouders.
DNA van een persoon bevat
ook informatie over het DNA
van zijn familie.
Door overerving vertonen
DNA-profielen van
bloedverwanten onderling een
hogere mate van
overeenkomst dan
willekeurige personen.
57
Vergelijking van DNA-profielen
Vader A
Kind??
Moeder B
58
A most rewarding but challenging task
DNA-identification from victims of mass disasters
May 12 2010: over 100 dead in Tripoli Airport Plane crash
Voorbeeld ouders en kind
moeder
vader
29,31
28,32
Moeder
Vader
29
31
28
28 29
28 31
32
29 32
31 32
kind
28
29
Mogelijke typeringen kinderen
60
Interpreteren resultaat autosomaal DNA-onderzoek
in DNA-verwantschapsonderzoek
1. Vergelijking van de DNA-profielen
Mate van overeenkomst
• ouder/kind relatie:
elk locus, minimaal 1 DNA-kenmerk gelijk
Het ene DNA-kenmerk van de vader en het andere DNA-kenmerk
van de moeder (er is niet te zien welke van wie is)
Mutaties uitgezonderd, kans ongeveer 0,15% per locus
61
Interpreteren resultaat autosomaal DNA-onderzoek
in DNA-verwantschapsonderzoek
1. Vergelijking van de DNA-profielen
Mate van overeenkomst
• ouder/kind relatie:
elk locus, minimaal 1 DNA-kenmerk gelijk
Het ene DNA-kenmerk van de vader en het andere DNA-kenmerk
van de moeder (er is niet te zien welke van wie is)
Mutaties uitgezonderd, kans ongeveer 0,15% per locus
• broer/zus relatie:
62
gemiddeld 2/3 van alle DNA-kenmerken gelijk
Aantal overeenkomende DNA-kenmerken
broer-broer
broer-zus
zus-zus
Cowen S. & Thomson J. (2008) Forensic Science International: Genetics Supplement Series 643-645
63
(SGM+ kit)
Overeenkomende allelen en aanwijzing voor verwantschap
Uitgangspunten:
1. Bij de zoekactie mag de echte broer niet worden gemist
2. We willen het aantal toevallige en onterechte aanwijzigen voor
een verwantschap zoveel mogelijk beperken
3. Dilemma
64
Overeenkomende allelen en verwantschap
Aantal overeenkomende allelen
14
10
6
Kans dat de echte
sibling bij de zoek-actie
naar boven komt.
27%
90%
99,5%
Toevallige matches
none
1200*
(1,2%)
47000*
(47%)
Dit zijn gemiddelde waarden.
* Grootte DNA databank is 100.000
65
Overeenkomende allelen en aanwijzing voor verwantschap
Uitgangspunten:
1. Bij de zoekactie mag de echte broer niet worden gemist
2. We willen het aantal toevallige en onterechte aanwijzigen voor
een verwantschap zoveel mogelijk beperken
Dilemma!
De les:
• Een DNA-profiel met zeldzame DNA kenmerken leent zich beter
voor een DNA verwantschapsonderzoek dan een DNA-profiel met
DNA-kenmerken die relatief veel voorkomen.
66
Nieuwe technische ontwikkelingen
67
ESSENTIES
Cursus forensisch biologisch onderzoek
Crime
reported
DNA
Analysis
Day 15-25
Day 25-28
CSI
Day 1-3
DNA
Database
Sample
submission
Day 4-8
Match
Report
Identification
(What is it?)
Day 8-15
Forensic
Testimony
Time line in a
typical forensic
DNA-analysis
process in a case
with multiple
samples
Day 28
Arrest
> Day 28
Day 28-40
Court
Process
6-12
Months
Current situation in the forensic laboratory
Batch wise analysis
Processing of materials as lots or batches in which the whole of each
batch is subjected to one stage of the process at a time.
Preferred size of a batch is 86 samples
• Negative controls (extraction and PCR)
• Positive controls (extraction and PCR)
96 well micro titer plate
Paradigma shift: real time analysis
Sample
per
sample
From batch wise analysis to
miniaturized devices
Future developments of DNA analysis lies with miniaturized devices. Such
instruments will bring portability, increased speed and reduced cost of analysis,
and enable rapid provision of DNA data to the criminal investigation team.
DNA Microfluidics in
forensics
MIDAS prototype cartridge for
DNA extraction,
amplification and post PCR
denaturation.
• C1: sample introduction
• C4: DNA elution chamber
• R: PCR chamber
• X: output CE
Research topics FGCN
72
FGCN consortium
•
•
•
•
•
•
73
Snel muterende Y-STRs
Geografische herkomst (autosomaal, Y-chromosomaal, mtDNA)
Uiterlijke persoonskenmerken
Identificatie van de lichaamscellen (RNA, microRNA)
Leeftijd van het spoor
Leeftijd van de donor van het DNA (T lymphocyte receptor DNA
rearrangement in bloed)
DNA profiel vs RNA profiel
Volledig DNA profiel:
Volledig RNA profiel (bloed):