2002-02-01 Julia Baumhämmel: Genetische Fingerabdrücke

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Genetische Fingerabdrücke

Martin-Pollich-Gymnasium Kollegstufenjahrgang 2000/02, Mellrichstadt

FACHARBEIT

der Schülerin: Julia Baumhämmel

aus dem Leistungskurs: Biologie

zum Thema: Der genetische Fingerabdruck

Kursleiter: Dieter Reuß

Abgabetermin: 01.02.2002

1 Einleitungsgedanke

Viele Menschen denken bei dem Begriff des genetischen Fingerabdrucks an echte Fingerabdrücke und beziehen sich dabei auf eine jahrhundertealte Technik, die Daktyloskopie. Bei dieser Methode kann man durch die Untersuchung des Rillenmusters auf der Unterseite des letzen Glieds jedes Fingers den Fingerabdruck eindeutig einer bestimmten Person zuordnen; denn bei jedem Menschen – auch bei eineiigen Zwillingen – unterscheidet sich dieser. In der Kriminalistik werden beispielsweise bei der Untersuchung eines Tatortes die auf jeder glatten und harten Oberfläche zurückgebliebenen Fingerspuren durch Puder sichtbar gemacht und anschließend mit Chemikalien fixiert. Durch den Vergleich der dabei gefundenen Spuren mit dem Fingerabdruck eines Verdächtigen kann eindeutig festgestellt werden, ob dieser am Tatort war.

Dagegen wird beim genetischen Fingerabdruck nicht nach eigentlichen Fingerabdrücken des Täters, sondern nach dessen biologischen Spuren, welche die Erbsubstanz DNA und somit die genetische Information enthalten, gesucht. Denn auch mit dieser ist – mit Ausnahme von eineiigen Zwillingen – eine eindeutige Identifikation eines jeden Menschen möglich.

Heutzutage zählt der genetische Fingerabdruck zu einer der sichersten und wertvollsten Methoden in der Kriminalistik, bei Verwandtschaftsfeststellungen sowie bei der Aufklärung historischer Fälle und wird auch in Zukunft in vielen weiteren Gebieten eine immer wichtigere Rolle spielen.

2 Der genetische Fingerabdruck

    1. Namensgebung

      2. Das Schlagwort des genetischen Fingerabdrucks ist eine Wortschöpfung des englischen Forschers Alec Jeffreys. Als dieser seine Erfindung der DNA-Typisierung 1985 veröffentlichte, suchte er nach einem kurzen und einprägsamen Namen für seine Methode. Da ihn das individualspezifische Banden-Strichmuster an die Anordnung der Erhebungen und Vertiefungen auf der Haut von Fingerkuppen, die echte Fingerabdrücke hervorrufen, erinnerte, gab er dieser Technik den Namen genetic fingerprint, zu deutsch: genetischer Fingerabdruck.

    2. Genetische Grundlagen

Die in nahezu allen Zellen enthaltene Desoxyribonukleinsäure (DNS, englisch DNA) ist der Träger der vollständigen genetischen Information eines Individuums. Diese besteht aus Nukleotiden, welche wiederum aus einer der vier Basen Adenin, Cytosin, Guanin oder Thymin, sowie einem Zuckermolekül und einer Phosphatgruppe zusammengesetzt sind. Durch die spezifische Abfolge der vier verschiedenen Nukleotide, die sogenannte Basensequenz, ist die genetische Information codiert.

Struktur der DNA

Abbildung 1

Der Anteil codierter DNA-Abschnitte, genannt Exons, liegt bei weniger als 10%. Die Übrigen mehr als 90% werden als sogenannte nichtcodierte Bereiche bzw. Introns bezeichnet, deren Informationen bis heute unverstanden sind.

      1. Chromosomale DNA

        2. Der Zellkern jeder eukaryontischen Zelle besteht aus doppelsträngiger DNA, die durch Histone in Form von Chromosomen mit deren Untereinheiten, den Genen, komprimiert wird. Die Lage eines bestimmten Gens auf einem bestimmten Chromosom, also einen einzelnen Bereich der DNA, bezeichnet man dabei als Genort bzw. Locus. Viele Abschnitte der DNA können wiederum in unterschiedlichen Ausprägungsformen, die auch als Allele bezeichnet werden, vorkommen.

        Das Erbgut (Genom) aller diploiden Organismen (wie dem Menschen), das heißt Lebewesen mit einem doppelten Chromosomensatz, setzt sich zur einen Hälfte aus dem Genom des Vaters und zur anderen Hälfte aus dem Erbgut der Mutter zusammen. Dabei wird durch die Neukombination der elterlichen Keimbahnzellen sowie durch rekombinante Prozesse bei den ersten Zellteilungen sichergestellt, dass das Genom eines Vorfahrens niemals ein zweites Mal entsteht; somit werden immer wieder neue genetische Charaktere gebildet. Eine Ausnahme hierbei stellen lediglich eineiige Zwillinge dar.

        Zur Individualisierung mit Kern-DNA eignen sich die nicht-codierenden Abschnitte, da diese von Mensch zu Mensch unterschiedlich lang sind, aber innerhalb einer Person keine Längenunterschiede vorweisen (die DNA ist in allen Körperzellen gleich). Dieser Bereich der DNA besteht wiederum unter anderem aus hintereinanderliegenden Wiederholungseinheiten (sog. tandem repeats), welche sich nach der Länge dieser Einheiten in Satelliten, Minisatelliten und Mikrosatelliten einteilen lassen. Bei der Individualisierung verwendet man zumeist die letztgenannten, worunter sich auch sogenannte short tandem repeats (STRs) finden. Diese werden so genannt, weil sie kurz ("short"; zwei bis vier Basen lang) sind und aus einer Grundeinheit bestehen, die sich ein bis höchstens 30 mal wiederholt ("repeat").

      2. Mitochondriale DNA

Außer im Zellkern ist DNA bei Eukaryonten auch in den Mitochondrien enthalten, die den Energiestoffwechsel der Zelle steuern. Anders als bei der Kern-DNA wird die DNA in den Mitochondrien (mtDNA) über die mütterliche Linie vererbt (maternaler Erbgang).

Das lässt sich dadurch erklären, dass bei der Befruchtung lediglich der Kopf des Samenfadens in die Eizelle eindringt, die mtDNA aber nur im Mittel- und Schwanzstück des Spermiums enthalten ist. Durch die daraus resultierende praktisch unveränderte Weitergabe von mtDNA über Generationen hinweg, eignet sich diese sehr gut für die Feststellung der Identität einer unbekannten Person durch entfernte Verwandte in mütterlicher Linie.

Die mtDNA liegt als Doppelstrang vor, welcher wiederum aus einem sogenannten H-Strang (H = heavy) und einem L-Strang (L = light) aufgebaut ist. Ca. 95% der mtDNA besteht aus codierenden Bereichen; den einzigen nennenswerten nicht-codierenden mtDNA-Bereich stellt die Kontrollregion, das sogenannte D-Loop (D = displacement), dar. Die meisten der bisher bekannten Sequenzpolymorphismen, das heißt Längenunterschiede bestimmter Basenabfolgen, in diesem mtDNA-Abschnitt finden sich in den Bereichen HV1 und HV2 (HV = hypervariable) vor.

Da die mtDNA einen ringförmigen Aufbau vorweist, ist diese gegenüber Umwelteinflüssen und einer daraus resultierenden Zerstörung relativ unempfindlich. Ein weiterer Vorteil der mtDNA ist, dass pro Zelle, im Gegensatz zur Kern-DNA, einige tausend Kopien vorliegen.

    1. Herstellung eines genetischen Fingerabdrucks
      2.

      1. Probenahme

        2. Als DNA-Quelle eignet sich jedes biologisches Präparat mit kernhaltigen Zellen wie Blut (nur die weißen Blutkörperchen enthalten Zellkerne), Sperma, Haar, Knochen, Speichel (enthält Zellen der Mundschleimhaut) und Urin (enthält Zellen aus Niere, Harnleitungsapparat und Blase). Handelt es sich nicht um zellkernhaltiges Spurenmaterial (Haarschäfte, Finger- oder Zehennägel) oder um sehr altes Material wie bei Skelettfunden, kann eine Analyse der mtDNA versucht werden.

        An die DNA gelangt man, indem man alle Proteine, aus denen eine Zelle besteht, ein bis zwei Stunden lang in einem warmen Wasserbad mit einer Protease, einem proteinverdauernden Molekül, auflöst. Wäscht man anschließend alle Proteinbruchstücke und andere biologische und anorganische Verunreinigungen fort, so bleibt reine DNA übrig.

      2. Prinzip der DNA-Typisierung

        1. Verwendung chromosomaler DNA

          1. RFLP-Methode

            2. Bis etwa 1992 wurden genetische Fingerabdrücke mit der Methode des RFLP (Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus) hergestellt.

            Zur Ermittlung der Längenunterschiede (Polymorphismen) an den oben beschriebenen Loci wird dabei zunächst mit einem Restriktionsenzym die DNA in tausende Fragmente "zerschnitten". Die hierbei entstandenen Bruchstücke werden anschließend in einem Agarose-Gel im elektrischen Feld der Länge nach sortiert (Elektrophorese). Das geschieht dadurch, dass die längeren und somit auch schwereren Fragmente der negativ geladenen DNA langsamer zum Pluspol wandern als die kürzeren. Anschließend werden diese DNA-Bruchstücke mit der Methode des "Southern Blot" auf eine Nylonmembran spiegelverkehrt übertragen und durch Wärme fixiert. Beim darauf folgenden Vorgang der Hybridisierung wird eine DNA-Sonde, ein DNA-Einzelstrang bekannter Basensequenz, verwendet, die aufgrund ihres komplementären Aufbaus von den gesuchten Loci angezogen wird und sich dort festlagert. Da diese Sonden mithilfe eines Leuchtmoleküls zum Glimmen gebracht werden können, legt man die Nylonmembran auf einen Röntgenfilm und lässt ihn über Nacht belichten. Diesen Vorgang nennt man Detektion. Der Film ist schließlich nach dem Entwickeln an allen Stellen, wo sich die Sonden an eines der gesuchten DNA-Fragmente gebunden haben, schwarz gefärbt. Dabei entsteht das für den genetischen Fingerabdruck charakteristische Banden-Strichmuster.

            Bandenmuster eines genetischen Fingerabdrucks

            Abbildung 2

            Bei der Herstellung von RFLP wird lange, nicht beschädigte DNA benötigt, die in etwa 20 Kilobasen lang sein muss. Die erforderliche Gesamtmenge entspricht ungefähr einem sehr großen Tropfen Blut.

            Diese Methode wird vor allem bei Verwandtschaftsfeststellungen lebender Personen, bei welchen viel DNA erhältlich ist, verwendet. Des Weiteren wird sie angewendet, wenn es sich nicht um schwierige Spuren-Lagen handelt (dabei sind meist nur kleine DNA Mengen vorzufinden). Der Vorteil des RFLP-Verfahrens ist, dass es wesentlich billiger als Modernere ist, da es ohne teure Chemikalien und Geräte auskommt.

          2. VNTR-Systeme

          Ab 1992 gewann die Verwendung von VNTR (variable number of tandem repeats)-Systemen zunehmend an Bedeutung. Als Grundlage dieser Methode dienen die schon unter 2.2.1 erwähnten STRs, Wiederholungseinheiten einer bestimmten Basensequenz im nicht-codierenden Teil der DNA.

          Im Gegensatz zur Methode des RFLP benötigt man hierbei nur noch sehr geringe Mengen DNA und die untersuchten Bereiche haben eine Länge von 200 bis 500 Basenpaaren. Selbst wenn die DNA aus einer Spur durch die Einwirkung von Sonnenlicht oder Feuchtigkeit fragmentiert ist, kann meist noch eine Analyse durchgeführt werden. Der Grund hierfür ist, dass zunächst die vorliegenden Bruchstücke der DNA kopiert werden. Die zugrundeliegende Technik nennt man Polymerasekettenreaktion (Abkürzung: PCR; abgeleitet vom englischen Begriff "polymerase chain reaction") und wurde 1993 von Kary Mullis, der dafür den Nobelpreis für Medizin erhielt, entwickelt. 9

          Bei dieser Methode wird die DNA-Probe anfangs auf etwa 95 Grad Celsius erhitzt; dabei trennen sich alle gepaarten Stränge (von a nach b). Anschließend gibt man sogenannte Startermoleküle (engl. Primer), kurze DNA-Einzelstränge, die dem Anfangs- und Endabschnitt der zu vervielfältigenden DNA-Sequenz entsprechen, hinzu. Diese binden sich bei 50 bis 65 Grad Celsius komplementär an die zu kopierende Sequenz (c). Hitzebeständige Polymerase-Enzyme verlängern die Starter bei 72 Grad Celsius durch in einer Lösung zugegebene DNA-Bausteine (d) solange, bis zu jedem ursprünglich vorliegenden DNA-Strang der komplementäre vorliegt (e). Aus einem Doppelstrang entstehen also somit zwei neue.

          Indem man diesen nur wenige Minuten dauernden Zyklus etwa 30 Mal wiederholt, erhält man, durch die exponentielle Vervielfältigung der gewünschten DNA-Abschnitte, nach wenigen Stunden etwa eine Milliarde identische Moleküle.

          Polymerasekettenreaktion

          Abbildung 3

          Um die Länge der so erhaltenen Stücke zu messen, werden die kopierten DNA-Fragmente auf ein Polyacrylamid-Gel (PAG) gegeben und durch Elektrophorese der Größe nach sortiert (vgl. dazu auch 2.3.2.1.1): es wird ein elektrisches Feld angelegt. Da die DNA selbst negativ geladen ist, wandert sie in Richtung des positiv geladenen Endes des Gels. Dabei wandern kürzere Stücke schneller als längere zum Pluspol, da sie leichter durch die Maschen des PAGs dringen. Nach etwa drei Stunden liegen die DNA-Stücke der Größe nach sortiert vor. Die kleineren Fragmente liegen weiter unten, da sie auf Grund ihrer geringeren Größe schneller durch die engen Maschen des Gels wandern können, die größeren weiter oben.

          Anschließend wird das Gel mit Silbersalzen entwickelt. Dabei werden die DNA-Stücke, genau wie bei der RFLP-Methode, als schwarze Linien bzw. Banden sichtbar (vgl. Abbildung 2).

          Um die Größe der DNA-Stücke zu ermitteln, lässt man zusätzlich auch Fragmente bekannter Länge im Gel mitlaufen. Später vergleicht man, wie weit die bekannten von den unbekannten Stücken entfernt sind; daraus lässt sich deren Größe in Basenpaaren (bp) messen. Eine weitere Möglichkeit ist, ein Gemisch aus allen bisher gefundenen DNA-Abschnitten, Allelcocktail genannt, im Gel mitlaufen zu lassen. Zur Längenbestimmung vergleicht man dann die unbekannten Stücke mit denen aus dem Cocktail. Diejenigen Stücke, die auf derselben Höhe liegen, haben auch dieselbe Länge.

        2. Verwendung mitochondrialer DNA

      Ungefähr seit dem Jahr 1996 hat auch die Untersuchung mitochondrialer DNA (mtDNA) in rechtsmedizinischen Laboren Einzug gehalten. Da die mtDNA, im Gegensatz zur Kern-DNA, nicht aus sich wiederholenden – repetitiven – Einheiten besteht, ist deshalb für die Spurenanalyse eine komplette Sequenzierung notwendig. Es wird also somit die genaue Basensequenz, die Abfolge der einzelnen Nukleotide, und nicht die Länge der Bruchstücke, untersucht.

      Hat man nur sehr wenig Spurenmaterial zur Verfügung, was vor allem bei Skelettfunden der Fall ist, so muss die mtDNA zunächst durch die PCR vervielfältigt werden (vgl. 2.3.2.1.2). In der Sequenzierungsreaktion werden dann neben der Polymerase und dem Nukleotid-Mix auch fluoreszenzmarkierende Stopnukleotide eingesetzt. Bei deren Einbau kommt es zum Abbruch der Reaktion an dieser Stelle. Dadurch entstehen fluoreszenzmarkierte Sequenzfragmente unterschiedlicher Länge, welche man auf einem Polyacrylamidgel der Größe nach auftrennen und mit Hilfe von Laserlicht sichtbar machen kann. Durch die richtige Mischung des Nukleotid-Mixes und Stopnukleotiden wird erreicht, dass die Reaktion zufällig zum Stehen kommt und letztlich alle theoretisch möglichen Sequenzfragmente dargestellt werden. Durch die Markierung der einzelnen Basen durch vier verschiedene Floureszenzfarbstoffe, kann man die einzelnen Basen bei der Auswertung unterscheiden und die Abfolge anhand der Größe der Fragmente bestimmen. Die Deutung der Daten geschieht mit Hilfe von Software und kann beispielsweise wie folgt aussehen:

       

      Sequenzanalyse

      13 Abbildung 4

    2. Anwendungsbereiche des genetischen Fingerabdrucks

      3. Die Verwendung der DNA-Analyse ist sehr vielfältig. Wie schon eingangs erwähnt, wird sie zum einen natürlich in der Kriminalistik, aber auch bei der Feststellung von Verwandtschaftsbeziehungen und in Wissenschaften wie der Zoologie, der Botanik, der Anthropologie und anderen angewandt.

      1. Verwendung bei Verbrechen

        2. Die wohl bekannteste Anwendung des genetischen Fingerabdrucks stellt die Kriminalistik dar. In der Forensik gibt es wiederum verschiedene Anwendungen: Denkbar ist beispielsweise die Zuordnung einer Tatortspur zum Täter oder eines Vergewaltigers zur Spur am Opfer.

        Aus den gefundenen Spuren sowie von allen Tatverdächtigen wird dabei zunächst ein genetischer Fingerabdruck erstellt. Diese vergleicht man anschließend miteinander. Stimmen sie miteinander überein, so kommt der Täter für das Delikt in Frage. Zeigen sie keine oder nur sehr wenige Übereinstimmungen, dann ist dessen Unschuld bewiesen (sogenannter Ausschluss).

        Zur Verdeutlichung ein Beispiel (siehe Abbildung 5):

        Bei einem Einbruchdiebstahl wurde eine Zigarettenkippe am Tatort gefunden. Für die Tat kommen die Herren Schmitz und Schulz in Frage. Sowohl von dem Speichel an der Zigarettenkippe, als auch von den beiden Verdächtigen wird eine DNA-Analyse durchgeführt. Da das DNA-Profil von Herrn Schmitz in allen Allelen und an beiden Loci mit dem aus dem Speichel erstellten übereinstimmt, das von Herrn Schulz aber nur in einem Allel an einem Locus, kann nur Schmitz der Spurenleger sein.

         

        DNA-Profil bei einem Verbrechen

        Abbildung 5

      2. Verwandtschaftstests

        3. Eine weitere bedeutende Anwendung des genetischen Fingerabdrucks stellen Verwandtschafts- bzw. Vaterschaftstests dar. Normale DNA-Analysen in diesem Bereich laufen dabei ähnlich ab wie bei Kriminalfällen.

        Schon bei dem ersten praktischen Einsatz des genetischen Fingerabdrucks 1985 handelte es sich um einen Verwandtschaftsfall. Damals wurde in Großbritannien das Einwanderungsgesuch eines Jungen aus Ghana geprüft. Keine bisher angewandte Methode der Identifizierung konnte dabei klarstellen, ob es sich bei seiner angeblichen Mutter nicht um dessen Tante handelte; sonst wäre eine Einreise nicht genehmigt worden. Da der Vater des Kindes unbekannt war, erstellte man einen genetischen Fingerabdruck des Jungen und verglich diesen mit dem seiner Mutter und dem seiner drei Geschwister. Das Ergebnis dieser Untersuchung bestätigte nicht nur, dass der Junge tatsächlich das Kind der Frau war, sondern es konnte auch der genetische Fingerabdruck des unbekannten Vaters ermittelt werden. Diese Rekonstruktion war möglich, da die Erbanlagen des Kindes zur Hälfte von Vater und Mutter stammen. Alle Allele, die der Junge nicht von seiner Mutter geerbt hatte, mussten folglich von diesem Mann stammen.

        Normalerweise erfolgt eine DNA-Typisierung bei Vaterschaftsfällen genau anders herum: Aus der DNA des möglichen Vaters, des Putativvaters (Abk.: PV), sowie der Mutter erstellt man jeweils einen genetischen Fingerabdruck; diese vergleicht man anschließend mit dem des Kindes. Stimmen alle Allele, die das Kind nicht von der Mutter geerbt hat, komplett mit denen überein, die auch der Vater besitzt, so ist die Vaterschaft bewiesen. Finden sich dagegen keine oder nur sehr wenige Allele, die bei Vater und Kind übereinstimmen, so kann es sich bei diesem nicht um den biologischen Vater handeln, wie beispielsweise im folgenden Fall:

        DNA-Profil bei einem Vaterschaftstest: Ausschluss der Vaterschaft

        Abbildung 6

        Bei Verwandtschaftsfeststellungen, bei denen nur Material von entfernten Verwandten aus mütterlicher Linie vorliegen, kann die Untersuchung der mtDNA weiterhelfen. Diese wird, wie bereits erwähnt, über Generationen hinweg jeweils von der Mutter auf ihr Kind unverändert weitergegeben. Vor allem bei der Untersuchung historischer Fälle, wie beispielsweise die von Kaspar Hauser oder Anastasia Romanow, auf welche in einem späterem Teile dieser Arbeit noch eingegangen wird, spielt diese Untersuchungsmethode eine entscheidende Rolle.

         

      3. Sonstige Anwendungsbereiche

      Die weiteren Anwendungsbereiche des genetischen Fingerabdrucks sind sehr vielfältig und spielen in immer mehr Wissenschaften eine wichtige Rolle. Im Folgenden sollen nur einige der möglichen Gebiete kurz angeschnitten werden:

      · Zoologen und Botaniker erhalten dank der DNA-Analyse Aufschlüsse über die Herkunft bzw. Verwandtschaft zwischen verschiedenen Tier- bzw. Pflanzenarten.

      · Theologen wollen mit Hilfe des genetischen Fingerabdrucks die etwa 2000 Jahre alten Qumran-Rollen entschlüsseln. Durch die DNA-Analyse sollen die rund 10000

      winzigen Hautfetzen, die Reste dieser Rollen, individuellen Tieren zugeordnet und somit vorsortiert werden.

      · Kunsthistoriker unterscheiden durch die Untersuchung von organischem Klebstoff, der jeweils nur in bestimmten Ateliers verwendet wurde, die Werke großer Meister von Fälschungen.

      · Anthropologen konnten durch den Vergleich des Erbguts verschiedener Völker klären, dass die Herkunft des modernen Menschen das Buschland Afrikas darstellt.

    3. Wahrscheinlichkeitsberechnung bei der DNA-Typisierung

      4. Wenn im Zusammenhang mit dem genetischen Fingerabdruck von Wahrscheinlichkeiten die Rede ist, so wird dabei geklärt, wie häufig es vorkommt, bzw. wie wahrscheinlich es ist, dass ein gefundenes DNA-Typisierungsmuster zufällig auch mit dem einer anderen Person übereinstimmt.

      Selbstverständlich kann dieses Muster, mit Ausnahme von eineiigen Zwillingen, nie genau gleich sein; doch da bei einem genetischen Fingerabdruck nur ein gewisser Teil der DNA typisiert wird, sind Überschneidungen möglich. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn, wie bei einem kleinen Speichelfleck, nicht ausreichend DNA zur Verfügung steht.

      Wenn man bei einer relativ großen Gruppe von Menschen einen bestimmten STR betrachtet, so stellt man fest, dass der zugehörige DNA-Bereich zwar unterschiedliche Längen haben kann, diese aber nur in einer begrenzten Anzahl. Das kommt daher, dass jeder STR aus einer bestimmten Kerneinheit, einer festgelegte Basenabfolge von Guanin, Adenin, Thymin und Cytosin, aufgebaut ist, welche sich aber nicht beliebig oft wiederholt. Das bedeutet beispielsweise, dass sich die Kerneinheit des STRs mit dem Namen FIBRA in einer Person immer mehr als 16 mal, aber nie häufiger als 30 mal wiederholt. Der Grund für diese begrenzte Wiederholungsrate ist noch unbekannt. Zwar gibt es in einer Gruppe von Personen unterschiedliche Wiederholungen, doch kann eine einzelne Person entweder zwei verschiedene oder zwei gleiche der möglichen Allele tragen. Das heißt zum Beispiel, dass ein Mensch zwei verschiedene FIBRA-Allele mit den Wiederholungsraten 22 und 28fach in sich tragen kann (also heterozygot ist), wohingegen ein anderer zwei gleiche Allele mit der Wiederholungsrate 21fach haben kann (also homozygot ist).

      Um ausrechnen zu können, wie oft ein Allel in einer bestimmten Bevölkerungsgruppe, wie beispielsweise den Mitteleuropäern, vorkommt, müssen mathematische Wahrscheinlichkeiten erstellt werden, welche man wiederum aus Hochrechnungen erhält. Dazu wird die DNA von etwa 200 Personen typisiert, das heißt, ihre Allele an den betreffenden STRs werden zunächst auf einem Gel dargestellt und die dabei gefundenen Wiederholungsnummern notiert. Daraus kann man anschließend die Häufigkeit berechnen, mit der jedes Einzelne in der Bevölkerungsgruppe zu finden ist. Zum Beispiel kommt das Allel 22 bei 18% der Untersuchten vor, dahingegen das Allel Nummer 28 nur bei 0,1%. Das Entscheidende bei der Wahrscheinlichkeitsberechnung ist aber, dass die einzelnen Häufigkeiten miteinander multipliziert werden können. Das bedeutet, je mehr STRs untersucht werden, desto geringer ist die Verwechslungswahrscheinlichkeit. Der vorliegende Fall verdeutlicht die Berechnung:

      Beispiel einer Wahrscheinlichkeitsberechnung

      Abbildung 7

      Das bedeutet in diesem ganz bestimmten Fall also beispielsweise, dass das FIBRA-Allel 21,21 bei 3% aller Mitteleuropäer vorzufinden ist, dagegen das SE33-Allel nur bei 0,08% dieser Bevölkerungsgruppe. Um herauszubekommen, wie oft die Kombination der in der zweiten Spalte aufgeführten DNA-Typen in einer bestimmten Menschengruppe, wie hier den Mitteleuropäern, auftaucht, multipliziert man die Häufigkeiten aus der rechten Spalte miteinander. In diesem Fall wäre also die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Menschen denselben DNA-Typ besitzen, bei etwa 1:25 Milliarden. 19

    4. Rechtliche Grundlagen

      1. Zulässigkeit von DNA-Analysen

        2. Nach dem Strafverfahrensänderungsgesetz zur DNA-Analyse vom 17.3.1997 ist die molekulargenetische Untersuchung der DNA als zulässig erklärt worden. Die Rechtsgrundlage dafür stellt das DNA-Feststellungsgesetz, §§ 81 e – g der Strafgesetzesordnung (StPO), dar. Dieses sagt im Wesentlichen aus, dass die Untersuchung des nicht-codierenden Bereichs der DNA nur mit richterlicher Anordnung bei Straftaten erheblicher Bedeutung – wie Terrorismus, Vergewaltigung, Menschenhandel, Mord, Todschlag, schwerem Diebstahlsdelikten u.a. – oder zur Feststellung der Abstammung angewendet werden darf.

        Am 11.9.1998 tritt das "Gesetz zur Änderung der Strafprozessordnung" (DNA-Identitätsfeststellungsgesetz) in Kraft, welches das DNA-Feststellungsgesetz von 1997 ergänzt. Ab diesem Zeitpunkt kann die Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks auch zur Verbrechensvorbeugung angewandt werden, wenn die Polizei begründen kann, warum ein Verbrecher nochmals straffällig werden könnte.

      2. DNA-Datenbanken

        3. Im Zusammenhang mit dem genetischen Fingerabdruck unterscheidet man zwischen zwei unterschiedlichen Datenbanken:

        1. Allelhäufigkeits-Datenbanken

          2. Zunächst sind in der DNA-Typisierung sogenannte Allelhäufigkeits-Datenbanken von Bedeutung. Darunter versteht man Dateien, in denen anonym genetische Fingerabdrücke von Stichproben der untersuchten Bevölkerungsgruppe gespeichert sind. Diese benötigt man zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten in der DNA-Typisierung, wie unter 2.5 näher erläutert. Mittlerweile findet man solche Datenbanken weltweit für mehrere hundert verschiedene Gebiete bzw. Ethnien vor. Diese Differenzierung ist notwendig, da sich die mittleren Allelhäufigkeiten bei verschiedenen Bevölkerungsgruppen geringfügig unterscheiden.

        2. Individualdatenbanken

      Wesentlich bekannter als Allelhäufigkeits-Datenbanken sind Individualdatenbanken. In ihnen werden genetische Fingerabdrücke von Straftätern gespeichert. Dateien dieser Art werden stets in den kriminalistischen Zentralstellen eines Landes geführt, wie beispielsweise in Deutschland seit 1998 im Bundeskriminalamt in Wiesbaden. Diese Datenbanken sollen Ermittlern die Arbeit erleichtern; denn durch den Vergleich des bei einem Verbrechen gefundenen DNA-Typs mit den gespeicherten Typen entfällt im Falle eines Rückfalltäters die oft langwierige und komplizierte Suche nach einem Verdächtigen. Individualdatenbanken tragen also dazu bei, dass Serientaten schneller erkannt werden, auch wenn der Täter möglicherweise noch unbekannt ist, und Rückfalltäter schneller wieder ins Gefängnis zu bringen.

      Die Erstellung von genetischen Fingerabdrücken und die anschließende Speicherung in einer Individualdatenbank ist nur bei Verbrechen erheblicher Bedeutung (siehe 2.6.1) erlaubt. Des Weitern gelten dabei die Vorschriften der Datenschutzgesetze: Es ist verboten, Persönlichkeitsprofile abzuspeichern, die beispielsweise Rückschlüsse auf sichtbare Eigenschaften des Körpers oder Krankheiten geben könnten.

    5. Ethische Fragen

      6. Im Gegensatz zu der Bevölkerung in Großbritannien oder in den USA haben viele Deutsche noch immer eine sehr kritische Einstellung gegenüber der Anwendung des genetischen Fingerabdrucks. Der Grund dafür könnten die schlechten Erfahrungen dieses Volkes in der Vergangenheit sein: Im dritten Reich bzw. später in der DDR litten viele unter den Überwachungs- bzw. Spitzelmethoden. Viele zeigen deshalb also eine misstrauische Haltung gegenüber der DNA-Typisierung und haben Angst vor einer erneuten Einschränkung ihrer persönlichen Freiheit.

      Besonders besorgt sind viele Deutsche über die Vorstellung des "gläsernen Menschen", eines Menschen, über den in genetischer Hinsicht alles bekannt ist. Doch diese angebliche Gefahr ist nicht realistisch: Denn bei der Erstellung eines genetischen Fingerabdrucks werden nur die Introns, die nicht-codierenden Abschnitte der DNA, verwendet. Es können also somit keine Aussagen über Körper, Psyche oder Intelligenz gemacht werden. Nur in sehr seltenen Fällen kann ein Allel Hinweise darauf geben, aus welcher Bevölkerungsgruppe eine Person stammt oder eine ungefähre Alterseinschätzung möglich machen, was aber vor Gericht nicht erlaubt ist.

      Außerdem werden des Öfteren Bedenken darüber geäußert, ob die codierenden Anteile der DNA nicht missbräuchlich verwendet werden könnten. Aber auch diese Befürchtung ist unbegründet, da in kriminalbiologischen Laboren keine Untersuchungsmöglichkeiten für genetische Krankheiten oder Körpermerkmale vorzufinden sind.

      Manche Menschen haben auch die Vorstellung, dass mit Hilfe des genetischen Fingerabdrucks tote Menschen wieder zum Leben erweckt werden könnten. Der Fehler bei dieser Überlegung ist aber, dass es einen wesentlichen Unterschied zwischen Klonen und der DNA-Typisierung gibt: Beim Klonen arbeitet man mit lebendem Material, bei der DNA-Typisierung dagegen mit toten, aufgelösten Zellen. Da die DNA dabei zerstört wird, ist es einfach unmöglich, daraus wieder einen Menschen entstehen zu lassen.

      Das größte ethische Problem bei der Anwendung des genetischen Fingerabdrucks ist, in wie fern man in die Freiheit des Einzelnen eingreifen darf und in welchem Maße die Sicherheit der Gemeinschaft berücksichtigt werden sollte. Es ist also im Sinne der Gesellschaft, dass eine gutes Mittelmaß zwischen diesen beiden Extremen gefunden wird. Es sollte weder die Möglichkeit ergriffen werden, dass die DNA jedes Menschen der jemals ein Verbrechen, sei es auch nur ein einfacher Ladendiebstahl, begangen hat, in einer DNA-Datenbank gespeichert wird, noch sollte vollständig auf eine solche Speicherung verzichtet werden. Es sollte also somit das Ziel der Regierung, aber auch der gesamten Bevölkerung sein, die richtige Balance zwischen maximaler Freiheit des Einzelnen und maximaler Sicherheit der Gesellschaft zu finden.

    6. Bekannte historische Fälle

      1. Kaspar Hauser

        2. Der Fall von Kaspar Hauser ist eine der bekanntesten kriminalistischen Anwendungen einer Form des genetischen Fingerabdrucks.

        Dieses Findelkind, wahrscheinlich 1812 geboren, tauchte 1828 verstört in Nürnberg auf und fiel 1833 einem Mordanschlag zum Opfer. Bis heute ist seine Herkunft rätselhaft; nach einem zeitgenössischen Gerücht zufolge sollte er ein beiseite geschaffter Sohn des Großherzogs von Baden und dessen Frau Stéphanie de Beauharnais, und somit ein badischer Erbprinz, sein.

        Nachdem immer wieder Menschen ohne Erfolg versucht hatten, dem Geheimnis der Herkunft Kaspar Hausers auf die Spur zu kommen, wurde dies 1996 mit Hilfe einer Gen-Analyse endgültig gelüftet:

        Dazu wurde zunächst aus der inneren Lage der noch recht gut erhaltenen Unterhose Kaspar Hausers ein etwa 10 cm2 großes, blutbeflecktes Stück geschnitten. Dieses wurde geteilt und, um die Unabhängigkeit und die Richtigkeit der Ergebnisse zu wahren, an zwei Labore, München und Birmingham, gegeben. Anschließend wurde das Stoffstück in eine Lösung aus Salzen und Enzymen gelegt, woraufhin sich zunächst in der klaren Flüssigkeit Schlieren bildeten, bis sie sich rot färbte. Darin waren nun etwa 50 mtDNA-Fragmente Kaspar Hausers gelöst, die durch die PCR vermehrt und anschließend sequenziert wurden. Ebenso erstellte man solche Sequenzanalysen aus dem Blut von zwei lebenden weiblichen Nachkommen in direkter Linie der Großherzogin Stéphanie von Baden, der angeblichen Mutter dieses Mannes. Diese Sequenzen verglich man nun mit denen von Kaspar Hauser und stellte dabei sieben bzw. sogar neun (Labor in Birmingham bzw. München) Unterschiede in der Basensequenz fest, wohingegen die mtDNA-Merkmale der beiden Frauen zu 100% übereinstimmten. Da die mtDNA bekanntlicherweise über Generationen hinweg unverändert jeweils von der Mutter auf ihre Kinder übertragen wird, war damit bewiesen, dass diese beiden Vergleichspersonen nicht über die weibliche Linie mit Kaspar Hauser verwandt sind und dass er somit kein Sohn des Großherzogs von Baden und seiner Frau Stéphanie von Beauharnais sein kann.

        Sequenzanalyse von Kaspar Hauser (unten) und zweier Vergleichspersonen (oben und Mitte)

        Abbildung 8

      2. Anastasia Romanow

Ein weiterer populärer Fall, in welchem mit der DNA-Analyse gearbeitet wurde, ist der von Anastasia Romanow.

1918 wurde die russische Zarenfamilie Romanow von Bolschewiken auf brutale Weise ermordet. Zwei Jahre später tauchte eine unbekannte Frau in Berlin auf und behauptete, den Mordanschlag überlebt zu haben und die jüngste Zarentochter, Anastasia, zu sein. Jahrzehntelang war nicht klar, ob die 1984 verstorbene Anna Anderson, wie ihr späterer Name lautete, tatsächlich zur Familie der Romanows gehörte. Erst 1994 konnte, dank dem genetischem Fingerabdruck, dieses Rätsel geklärt werden:

In einem amerikanischen Krankenhaus, in dem Anna Anderson an einem Tumor operiert worden war, hatte man ein Stück Darm von ihr in Paraffin gelagert. Daraus, sowie aus sechs ihrer Haare wurde jeweils eine Analyse der mtDNA sowie der STRs durchgeführt, welche verglichen wurden und sich in allen Teilen genau glichen. Der Darm sowie die Harre stammten somit von der gleichen Person. Nachdem man aus den Knochen des Zaren und seiner Frau jeweils einen genetischen Fingerabdruck erstellt hatte, verglich man fünf STRs Anna Andersons mit denen ihrer vermeintlichen Eltern und stellte dabei Unterschiede in vier STRs fest. Damit war bewiesen, dass es sich bei dieser Frau nicht um die jüngste Zarentochter Anastasia handeln konnte. Da es Hinweise darauf gab, dass es sich bei Anna Anderson in Wirklichkeit um Franziska Schanzkowska, eine polnische Landarbeiterin, handelte, wurde des Weiteren ihre mtDNA noch mit der von Carl Maucher, ihrem Großneffen, verglichen. Dabei stellte man eine einhundertprozentige Übereinstimmung fest, welche somit die Verwandtschaft bestätigte.

  1. Schlussgedanke

    2. Auf Grund der zahlreichen Anwendungsgebiete des genetischen Fingerabdrucks, sowie seiner enormen Aussagekraft in der Kriminalistik und in Verwandtschaftsfällen wird dieser in Zukunft eine immer bedeutendere Rolle bei Ermittlungen, gerichtlichen Streitfällen und bei der Klärung von historischen Fragen spielen. Schon heute sind einige zukünftige Entwicklungen und Fortschritte im Gebiet der DNA-Typisierung absehbar:

    Beispielsweise sind innerhalb der nächsten zehn Jahre technische Verbesserungen, die sich vor allem durch immer kleinere Apparate zeigen werden, zu erwarten. Insbesondere sogenannte DNA-Chips werden die Erstellung genetischer Fingerabdrücke in Zukunft extrem beschleunigen. Auf diesen können innerhalb weniger Minuten hunderte von DNA-Proben aufgetrennt und anschließend fixiert werden. Diese Fragmente binden dann die jeweils komplementären DNA-Bereiche aus einer aufgebrachten Probe und machen dadurch den Nachweis bestimmter DNA-Sequenzen in kurzer Zeit möglich.

    In Folge des technischen Fortschritts kann es möglich sein, dass ein heute 50m2 großes Labor in wenigen Jahren auf zwei großen Schreibtischen Platz findet. Auf Grund der Platzersparnis werden vermutlich viele Länder mit dem Gedanken spielen, vermehrt Labore dieser Art einzurichten.

    Vor allem in der Kriminalistik wird es dadurch zu einer schnelleren Bearbeitung und einer damit verbundenen rascheren Aufklärung von Verbrechen kommen. Auch auf dem Gebiet der Verwandtschaftsfeststellungen und in vielen weiteren Wissenschaften wird der genetische Fingerabdruck in Zukunft zu einer allgemeinen Bereicherung führen.


  2. Quellenverzeichnis

    1. Abbildungen

      2. Abb. 1: Struktur der DNA entnommen aus [7], Seite 24

      Abb. 2: Bandenmuster eines genetischen Fingerabdrucks entnommen aus [8], Seite 42

      Abb. 3: Polymerasekettenreaktion entnommen aus [3], Seite 117

      Abb. 4: Sequenzanalyse entnommen aus [12]

      Abb. 5: DNA-Profil bei einem Verbrechen entnommen aus [1], Seite 7

      Abb. 6: DNA-Profil bei einem Vaterschaftstest: Ausschluss der Vaterschaft entnommen aus [1], Seite 7

      Abb. 7: Beispiel einer Wahrscheinlichkeitsberechnung entnommen aus [1], Seite 6

      Abb. 8: Sequenzanalyse von Kaspar Hauser (unten) und zweier Vergleichspersonen (oben und Mitte entnommen aus [11]

      (c) Julia Baumhämmel. Julia, sehr gut gemacht!

      Dr. rer. medic. Mark Benecke · Diplombiologe (verliehen in Deutschland) · Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für kriminaltechnische Sicherung, Untersuchung u. Auswertung von biologischen Spuren (IHK Köln) · Landsberg-Str. 16, 50678 Köln, Deutschland, E-Mail: forensic@benecke.com · www.benecke.com · Umsatzsteueridentifikationsnummer: ID: DE212749258 · Aufsichtsbehörde: Industrie- und Handelskammer zu Köln, Unter Sachsenhausen 10-26, 50667 Köln, Deutschland · Fallbearbeitung und Termine nur auf echtem Papier. Absprachen per E-mail sind nur vorläufige Gedanken und nicht bindend. 🗺 Dr. Mark Benecke, M. Sc., Ph.D. · Certified & Sworn In Forensic Biologist · International Forensic Research & Consulting · Postfach 250411 · 50520 Cologne · Germany · Text SMS in criminalistic emergencies (never call me): +49.171.177.1273 · Anonymous calls & suppressed numbers will never be answered. · Dies ist eine Notfall-Nummer für SMS in aktuellen, kriminalistischen Notfällen). · Rufen Sie niemals an. · If it is not an actual emergency, send an e-mail. · If it is an actual emergency, send a text message (SMS) · Never call. · Facebook Fan Site · Benecke Homepage · Instagram Fan Page · Datenschutz-Erklärung · Impressum · Archive Page · Kein Kontakt über soziale Netzwerke. · Never contact me via social networks since I never read messages & comments there.
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