Forensisch DNA-onderzoek - DNA-labs

DNA-lab dag
9 maart 2012
Forensisch DNA-onderzoek:
Puzzelen met pieken

Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken
Niveau Bovenbouw havo/vwo
Vak Natuur, Leven en Technologie (NLT) & Biologie
Leerdoelen
Inhoudelijke leerdoelen
Na afloop van de lesmodule
kunnen leerlingen begrijpen dat elke cel hetzelfde DNA heeft.
Kunnen leerlingen uitleggen dat sommige plaatsen op het nietcoderende
DNA sterk verschillen per persoon.
Kunnen leerlingen uitleggen dat deze hypervariabele gebieden
bestaan uit Short Tandem Repeats (STR’s).
Kunnen leerlingen uitleggen dat hypervariabele gebieden in het
DNA de basis vormen voor identificatie van biologisch
sporenmateriaal bij het forensisch onderzoek.
Kunnen leerlingen begrijpen welke informatie je uit een DNAprofiel
kunt halen.
Kunnen leerlingen uitleggen dat ieder persoon een uniek DNAprofiel
heeft.
Kunnen leerlingen concluderen dat interpretatie van het DNAprofiel
één van de belangrijkste en moeilijkste stappen in het
forensisch DNA-onderzoek.
Kunnen leerlingen begrijpen dat bloedverwanten een grotere
kans hebben op een gelijk DNA-profiel.
Praktische leerdoelen
Na afloop van de lesmodule
Kunnen leerlingen uitleggen welke technieken gebruikt worden
bij het zoeken en identificeren van sporen op bewijsstukken. De
handelingen hiervoor kunnen ze zelf uitvoeren.
Kunnen leerlingen uitleggen dat DNA isolatie noodzakelijk is als
je het DNA wilt bestuderen.
Kunnen leerlingen uitleggen dat PCR gebruikt wordt om een
specifiek stukje op het DNA te vermeerderen om het te kunnen
vergelijken of te gebruiken voor experimenten. De handelingen
hiervoor kunnen ze zelf uitvoeren.
Kunnen leerlingen uitleggen dat gel-electroforese een techniek
is om stukjes DNA na PCR zichtbaar te maken en te vergelijken
op hoeveelheid en grootte. De handelingen hiervoor kunnen ze
zelf uitvoeren.
Kunnen leerlingen de verschillen en overeenkomsten uitleggen
tussen gel-eletroforese en capillair elektroforese.
Kunnen leerlingen eenvoudige DNA-profielen begrijpen en
interpreteren.
Aansluitend bij Biologie en module ‘Forensisch Onderzoek’ van NLT
Benodigde voorkennis
indien apart gebruikt
Genen en DNA
DNA bevat erfelijke informatie
bij een menselijke cel ligt het DNA opgeslagen in de kern
elke cel van een organisme bevat hetzelfde DNA en dezelfde
genen
DNA bevat een aantal genen die informatie bevatten voor het
goed functioneren van een cel
menselijk DNA bevat ongeveer 22.000 genen verdeeld over 23
chromosomen
bij bevruchting levert elke ouder 23 chromosomen

(geslachtscellen bevatten dus 23 chromosomen en
lichaamscellen 46)
de geslachtschromosomen zijn de chromosomen die het
geslacht bepalen. Een vrouw heeft XX, een man heeft XY
als een organisme voor een bepaald gen twee gelijke allelen
heeft, dan noemt men dit een homozygoot organisme. Als het
twee verschillende allelen heeft, noemt men het organisme
heterozygoot. - bij celdeling wordt het DNA verdubbeld
(replicatie) en vervolgens gelijk verdeeld over de twee
dochtercellen (mitose)
ieder mens heeft een unieke genetische code
De moleculaire structuur van DNA
een DNA molecuul heeft een dubbele helixvorm
DNA is opgebouwd uit 4 basen (A, T, G, C)
een basepaar wordt gevormd door A/T of C/G
een nucleotide is opgebouwd uit een suiker, fosfaat en een
base
Benodigde lestijd Inleidende les (30 – 50 minuten), practicum (180 minuten)
Op deze module kan worden
aangesloten met
Ontwikkeld door
Meer informatie?
TCATTCATTCAT Short tandem repeats (inhoudelijke
verdieping)
Wie van de drie? (inhoudelijke verdieping)
Kruiswoordraadsel (afsluiting en beoordeling practicum)
Puzzelen met pieken PLUS (inhoudelijke verdieping)*
De reizende rechter (meningsvormende module)
PO en toetsvragen (toetsing)
* in ontwikkeling
Forensic Genomics Consortium Netherlands, in samenwerking met
Centre for Society and Genomics
Dit DNA-lab is te volgen aan de Its Academy, Universiteit van
Amsterdam
Neem contact op met de ontwikkelaar en coördinator:
Gerrianne van der Velde
forensisch@dnalabs.nl
06-18118962

DNA-lab dag Workshop ‘Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken’
Casus: overval op supermarkt
In het practicum gaan jullie aan de slag als forensisch DNA-experts met de volgende zaak:
Geweldadige overval op supermarkt
KOOTWIJKERBROEK - 11 november 2009
Woensdag 11 november, rond 08.10 uur, overvallen drie mannen een kleine supermarkt in het Gelderse
Kootwijkerbroek. Net na opening van de winkel betreden twee mannen de winkel. De derde persoon,
vermoedelijk ook een man, blijft op de uitzicht staan net buiten de supermarkt. De drie mannen dragen
een bivakmuts om niet herkend te worden.
Meteen na binnenkomst gaat een van de overvallers naar de caissière toe en gaat achter haar staan. Hij
pakt haar ruw vast en dwingt haar geld af te staan. De caissière raakt door het geweld licht gewond aan
De haar Officier lip. De van cassiere Justitie opent heeft besloten de kassalade verder in te opdracht gaan tot van vervolgonderzoek de overvallers. De om drie vast overvallers te stellen of gaan de er
verdachten vervolgens inderdaad met een nog de overvallers onbekend geldbedrag zijn. Jullie, de en DNA-experts een hele lading van sigaretten het NFI, ontvangen vandoor in daarom een rode een auto.
politierapport De caissière en blijft een beduusd benoeming achter van en de belt Officier vervolgens van Justitie de politie. met een opdracht tot DNA-onderzoek.
Lees het politierapport en de benoeming van de Officier van Justitie op de volgende
Mede door pagina een goed signalement dat werd afgegeven door de caissière en door camerabeelden in en
buiten de supermarkt hield de politie nog geen 40 minuten later twee verdachten aan in de buurt van de
supermarkt. De derde verdachte wordt nog gezocht.
De Officier van Justitie heeft besloten verder te gaan tot vervolgonderzoek om vast te stellen of de
verdachten inderdaad de overvallers zijn. Jullie, de DNA-experts van het NFI, ontvangen daarom een
politierapport en een benoeming van de Officier van Justitie met een opdracht tot DNA-onderzoek.
Lees het politierapport en de benoeming van de Officier van Justitie op de volgende
pagina
Ontdek de nieuwe wereld van genomics

DNA-lab dag Workshop ‘Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken’
Onderzoeksaanvraag forensisch DNA-onderzoek
Regio: Politie Gelderland
Naam aanvrager: Dhr. T.W. van Dalen
Datum aanvraag: 16 november 2009
Referentienummer: 15-040-3998992
Prioriteit: Laag
Omschrijving van het misdrijf
Korte omschrijving misdrijf:
Deze zaak gaat om een overval van drie overvallers op een supermarkt aan de schoolstraat in
Kootwijkerbroek. De overval vond plaats rondom 08.00 uur ’s morgens. De overvallers dwingen de
cassieres met geweld geld af te staan. Twee verdachten worden rondom 08.50 uur opgepakt in de
buurt van de supermarkt. Na een zoekactie wordt er een bivakmuts gevonden in de buurt van de
supermarkt. Deze bivakmuts lijkt op de bivakmuts die werd omschreven door het slachtoffer en lijkt op
de bivakmuts die te zien is op camerabeelden van de supermarkt.
Datum delict: 11 november 2009
Wetsartikelen: Artikel 312 lid 1 SR / diefstal met geweld
Te onderzoeken sporenmateriaal:
Bivakmuts, gevonden in prullenbak op nog geen 500 meter van de supermarkt te Kootwijkerbroek.
Deze bivakmuts lijkt op de bivakmuts die werk omschreven door het slachtoffer en lijkt op de
bivakmuts die te zien is op de camerabeelden.
Referentiemonster wangslijmvlies van slachtoffer
Referentiemonster wangslijmvlies van verdachte 1
Referentiemonster wangslijmvlies van verdachte 2
Opdracht Officier van Justitie
De Officier van Justitie benoemt jullie klas tot forensisch DNA-experts.
De vraagstelling luidt: “Van elk van de stukken van overtuiging dient indien mogelijk celmateriaal te
worden afgenomen ter vaststelling van het bijbehorende DNA-profiel, waarna het verkregen profiel
dient te worden vergeleken met dat van aangehouden of nog aan te houden verdachten en van derdebetrokkenen
(slachtoffer) in dit onderzoek. Indien geen overeenkomsten worden gevonden dient het
profiel te worden opgeslagen in de DNA-databank en te worden vergeleken met de daar aanwezige
profielen.”
Ontdek de nieuwe wereld van genomics

Waarnemingenblad
DNA-lab dag Workshop ‘Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken’
Onderzoek bivakmuts
Schrijf hier op welke onderdelen je van het stuk van overtuiging (SVO), in dit geval de bivakmuts, hebt
bemonsterd. Schrijf ook op waarom je juist deze sporen hebt bemonsterd.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Bloedtest
Teken hier het resultaat van de bloedtest. Beschrijf hiernaast welke conclusie je hier uit kunt trekken.
Speekseltest
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Teken hier het resultaat van de speekseltest. Beschrijf ook welke conclusie je hieruit kunt trekken.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Ontdek de nieuwe wereld van genomics

DNA-profielen
DNA-lab dag Workshop ‘Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken’
Vul in onderstaande tabel de DNA-kenmerken in van jullie monster. Vul de tabel aan met de resultaten
van je klasgenoten.
Slachtoffer:
Verdachte 1:
Verdachte 2:
Speekselspoor
:
Bloedspoor:
Geslachtskenmerk
Welke conclusie kun je hieruit trekken?
TH01 D18S51 FGA D8S1179
………………………………………………………………………………………………………………………
Zeldzaamheidswaarde
Van welk van de gevonden DNA-profielen wil je de zeldzaamheidswaarde weten?
………………………………………………………………………………………………………………………
Waarom is het belangrijk om de zeldzaamheidswaarde van dit DNA-profiel te weten?
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Berekenen zeldzaamheidswaarde
Frequentie TH01:………………………………………………………………………………………………….
Frequentie D18S51:……………………………………………………………………………………………….
Frequentie FGA:…………………………………………………………………………………………………...
Frequentie D8S1179:……………………………………………………………………………………………..
Frequentie van het volledige profiel = freq.TH01 x freq.D18S51 x freq.FGA x freq. D8S1179 =
……………………………………………………………………………………………………………………….
Het matchende DNA-profiel heeft een zeldzaamheidswaarde van 1 op ..............…………………………
Ontdek de nieuwe wereld van genomics

Rapportage
DNA-lab dag Workshop ‘Forensisch DNA-onderzoek: puzzelen met pieken’
Rapporteer hier je bevindingen. Dit rapport gaat naar de Officier van Justitie.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Ontdek de nieuwe wereld van genomics

Forensisch DNA-onderzoek:
puzzelen met pieken
DNA-lab dag – 9 maart 2012
Kim van den Bogaert & Michelle Claushuis
Practicum ‘Puzzelen met pieken’
• Jongste DNA-lab (sinds maart 2010)
• Reizende variant
• Its Lab, te volgen op lokatie Science Park,
Amsterdam
– Uit te breiden met extra onderdelen, zoals videoconferencing
met experts van het NFI
– Te combineren met andere Its Labs
• neem contact op met coördinator Gerrianne van der
Velde
Casus: overval op supermarkt
Waarom forensisch DNA-onderzoek?
• Forensisch DNA-onderzoek is hot!
– In het nieuws (zie filmpje)
– Crime Scene Investigation
Aansluiting bij Natuur, Leven en
Technologie
• Verdieping van hoofdstuk ‘forensisch DNAonderzoek’
• (bijna) alle belangrijke concepten komen in
het practicum terug
• Theorie praktijk
“Op deze manier krijg je naast de
theoretische kennis ook goede
praktijkkennis”
“Het is toepassen van de module met
moderne apparatuur”
“Het was uitgebreider dan de module, wat
het interessanter maakte”
Benoeming door Officier van Justitie
• Officier van Justitie benoemt jullie tot
deskundigen voor het DNA-onderzoek
• Tot jullie beschikking krijgen jullie:
– Bivakmuts
– Referentiemateriaal
• Slachtoffer
• Verdachte 1
• Verdachte 2
6-3-2012
1

Stappen in forensisch DNA-onderzoek
Onderzoek naar
biologische sporen op
bivakmuts
DNA-profiel maken
uit sporen gevonden op
bivakmuts
Vergelijkend DNA-onderzoek
DNA-databank
Rapportage aan
officier van justitie
Pipetteren
DNA-profiel maken van
referentiemonsters
50 µl 20 µl 5 µl
• Gebruik altijd een nieuwe pipetpunt
• Pipet altijd rechtop houden
• Gebruikte pipetpunten in afvalbakje (deksel)
Speekseltest (deel 1)
VERGEET NIET EEN PIPETPUNT OP JE PIPET TE GEBRUIKEN!
GEBRUIKTE PIPETPUNTEN IN JE AFVALBAK (DEKSEL BAKJE)
• Oefen eerst met water uit het blauwe epje (W)
• Probeer 5 µl (rode pipet), 20 µl (gele pipet) en 50 µl
(blauwe pipet) water te pipetteren
• Voeg 200 µl extractie buffer (E) uit het groene epje toe aan
het roze epje met je monster (stukje bivakmuts)
• Zorg dat je monster goed in de buffer zit (je kunt met een
losse pipetpunt je monster in de vloeistof duwen)
• Zet het epje met monster in je rekje
• Voer de bloedtest uit (vraag de assistenten om de
benodigdheden en uitleg)
Werken in een forensisch lab
• Beschermende kleding
• Altijd iemand die je handelingen controleert
• Zeer nauwkeurig en netjes werken
• Niet eten of drinken
• Goed nadenken over wat je doet/ziet
• Vragen als je iets niet weet!
Op zoek naar sporen op
bivakmuts
Beschermende kleding aan!
Bril meenemen
Speekseltest (deel 2)
• Pipetteer 50 µl van de extractiebuffer uit je roze epje
(epje met monster) in een leeg geel epje
• Pipetteer 50 µl van de running buffer (R) uit het
paarse epje hierbij
• Pipetteer de vloeistof (100 µl) in het onderste gaatje
van de RSID-speeksel (saliva) strip (haal deze uit het
witte pakketje)
• Vul de resultaten in op je werkbladen achterin je
werkboekje
6-3-2012
2

Bloedtest
Tetrabase (kleurloos) + peroxide
Katalysator: hemoglobine
Blauw gekleurd product + water
Theorie: short tandem repeats
DNA
• Elke cel van 1 individu heeft hetzelfde DNA
– Waarom is dit belangrijk voor forensisch DNA-onderzoek?
Werking speekseltest
Test ongeldig Geen speeksel
aanwezig
Speeksel aanwezig
Reageert de test op eiwitten of DNA?
Coderend vs. niet-coderend DNA
• Menselijk DNA is voor een deel coderend
– Minder dan 2 % van het DNA
– Genen
• overgrote deel van DNA is niet coderend
– Meer dan 98 % van het DNA
– O.a. short tandem repeats
6-3-2012
3

Short tandem repeats
• Basis van forensisch DNA-onderzoek
• 4 basen steeds herhaald (bv. GCAC-GCAC-GCAC)
• Aantal herhalingen = DNA-kenmerk
– Weergeven met cijfer
• Aantal herhalingen van short tandem repeat voor
ieder individu verschillend
• Short tandem repeats zeggen niets over uiterlijke
kenmerken, ziektes, etc.
STRs op verschillende chromosomen
Homozygoot Heterozygoot
Standaard forensisch DNA-onderzoek:
15 loci + geslacht
98% van het DNA is
niet coderend
15 loci
Per locus 2
DNA-kenmerken
DNA-kenmerken gelijk
of verschillend;
weergegeven met
cijfer(s)
Bron: 'De Essenties van forensisch biologisch onderzoek;
Humane biologische sporen en DNA' en/of A.J. Meulenbroek.
Technieken forensisch DNAonderzoek
6-3-2012
4

DNA-isolatie op het forensisch lab
Monster lyseren om cellen
kapot te maken
Gelyseerde
monster op
kolom brengen
alleen DNA
bindt aan
membraan in
kolom
Wassen met
buffer om
restjes weg te
wassen
DNA blijft
gebonden aan
kolom
DNA van kolom
losmaken met
elutie-buffer
Je hebt nu
gezuiverd DNA!
Polymerase kettingreactie (PCR)
Filmpje PCR
http://nos.nl/video/23641-duitsland-zocht-niet-bestaande-seriemoordenaar.html
DNA-isolatie
• Team 1: geïsoleerd DNA van slachtoffer
• Team 2: geïsoleerd DNA van verdachte 1
• Team 3: geïsoleerd DNA van verdachte 2
• Team 4: geïsoleerd DNA van speekselspoor
• Team 5: geïsoleerd DNA van bloedspoor
Voor- en nadelen PCR
• Voordelen
– Heel veel specifieke stukjes DNA door kopieren
– Snel
– Mogelijk om met kleine hoeveelheden te werken
– Minder arbeidsintensief dan eerder gebruikte methodes
• Nadeel
– Zeer gevoelig (kans op contaminatie groter)
Multiplex PCR
• In forensisch DNA-onderzoek niet één, maar meerdere stukjes
DNA vermeerderen = multiplex PCR
• 5 STRs op verschillende chromosomen
– Amelogenine (X/Y)
– TH01
– D18S51
– FGA
– D8S1179
• Hoeveel primers nodig?
6-3-2012
5

Multiplex PCR Teamnummers
Klaarmaken monsters voor maken
van DNA-profielen
• Label een leeg pcr-epje met je groepsnummer
• Pipetteer 5 µl van je sample (het pcr-epje met
je groepsnummer) in het lege pcr-epje
• Pipetteer 5 µl van de capillaire gelelektroforesemix
(p) erbij
• Breng je epje naar het QIAxcel-apparaat
(capillaire gel-elektroforese)
Gel-elektroforese
• Team 1: geïsoleerd DNA van slachtoffer
• Team 2: geïsoleerd DNA van verdachte 1
• Team 3: geïsoleerd DNA van verdachte 2
• Team 4: geïsoleerd DNA van speekselspoor
• Team 5: geïsoleerd DNA van bloedspoor
Starten capillaire gel-elektroforese
Tijd (t)
Capillaire gel-elektroforese
1500
1000
500
6-3-2012
6

Hoeveel pieken verwacht je?
Interpreteren resultaten
Grootte van het fragment
bp = baseparen
D8S1179
Aantal hh. Grootte
(bp)
Freq.NL
8 212 0.019
9 216 0.011
10 220 0.078
11 224 0.087
12 228 0.147
13 232 0.346
14 236 0.180
15 240 0.102
16 244 0.028
17 248 0.002
18 252 0.000
Wetenschappelijke bewijswaarde
• Hoe groot is de kans dat de DNA-profielen bij
toeval matchen?
• Alleen berekenen bij match
– waarom?
Bekijken resultaat capillaire
gel-elektroforese
Wat kunnen we hieruit concluderen?
Locus: Amel TH01 D18S51 FGA D8S1179
Slachtoffer: X/X 9/9 13/18 21.2/26 10/12
Verdachte 1: X/Y 9/9.3 13/16 21/24 10/13
Verdachte 2: X/Y 9/10 10/14 24/25 13/15
Speekselspoor: X/Y 9/10 10/14 24/25 13/15
Bloedspoor: X/Y 9/10 12/13 19/19 8/13
Wetenschappelijke bewijswaarde
D8S1179
Aantal hh. Grootte
(bp)
Freq.NL
8 212 0.019
9 216 0.011
10 220 0.078
11 224 0.087
12 228 0.147
13 232 0.346
14 236 0.180
15 240 0.102
16 244 0.028
17 248 0.002
18 252 0.000
zeldzaamheid locus D8 =
0.078 * 0.346 * 2= 0.053976
Kans dat iemand deze
combinatie heeft voor dit
locus is 5,4%
6-3-2012
7

Rapportage match
• Welke DNA-profielen wel/niet matchen
• Waar deze DNA-profielen vandaan komen
• Berekende frequentie van matchende profiel
– DNA-profiel van 10 of meer loci: frequentie altijd kleiner
dan 1 op 1 miljard
– NB De kans dat een broer van deze verdachte dit DNAprofiel
heeft is veel groter (ongeveer één op tienduizend).
• Evt. resultaten door zoeken in DNA-databank
Meer informatie?
Gerrianne van der Velde, MSc.
Ontwikkelaar en coördinator ‘Puzzelen met pieken’
Email: forensisch@dnalabs.nl
T: +316 181189
Science Park 904, kamer C2.148
1098 XH Amsterdam
Waarom geen absolute
herkomstuitspraak?
• ‘Extreem zeldzaam’ betekent niet ‘uniek’
• Eeneiige twee- of meerlingen
• Kans dat broer/zus matcht is groter dan een
willekeurig gekozen persoon
• Kans op fouten
Vragen?
6-3-2012
8