DNA-Fingerabdruck, auch DNA-Typisierung, DNA-Profiling, genetischer Fingerabdruck, Genotypisierung oder Identitätstest genannt, in der Genetik, Methode zur Isolierung und Identifizierung variabler Elemente innerhalb der Basenpaar-Sequenz der DNA (Desoxyribonukleinsäure). Die Technik wurde 1984 von dem britischen Genetiker Alec Jeffreys entwickelt, nachdem ihm aufgefallen war, dass sich bestimmte Sequenzen hochvariabler DNA (so genannte Minisatelliten), die nicht zu den Funktionen von Genen beitragen, innerhalb von Genen wiederholen. Jeffreys erkannte, dass jedes Individuum ein einzigartiges Muster von Minisatelliten hat (die einzigen Ausnahmen sind mehrere Individuen aus einer einzigen Zygote, wie z.B. eineiige Zwillinge).
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Wann wurde der DNA-Fingerabdruck entwickelt?
Die Technik des DNA-Fingerabdrucks wurde 1984 von dem britischen Genetiker Alec Jeffreys entwickelt, nachdem ihm aufgefallen war, dass sich bestimmte Sequenzen hochvariabler DNA (sogenannte Minisatelliten), die nicht zu den Funktionen von Genen beitragen, innerhalb von Genen wiederholen.
Warum ist der DNA-Fingerabdruck wichtig?
Eine frühe Anwendung des DNA-Fingerabdrucks war in Rechtsstreitigkeiten, insbesondere zur Aufklärung von Verbrechen und zur Bestimmung der Vaterschaft. Er wird auch verwendet, um vererbte genetische Krankheiten zu identifizieren und kann verwendet werden, um genetische Übereinstimmungen zwischen Gewebespendern und -empfängern festzustellen. Der DNA-Fingerabdruck ist auch ein wertvolles Werkzeug zur Bestätigung des Stammbaums bei Tieren, wie z. B. reinrassigen Hunden und Rennpferden.
Was sind einige Bedenken gegen die Verwendung von DNA-Fingerabdrücken?
Probenkontaminationen, fehlerhafte Präparationsverfahren und Fehler bei der Interpretation der Ergebnisse sind die Hauptfehlerquellen beim DNA-Fingerabdruck. Diese Probleme können zu Diskrepanzen zwischen dem biologischen Beweis und dem juristischen Beweis in Gerichtsverfahren führen. In der Forensik werden große Mengen qualitativ hochwertiger DNA benötigt, doch forensische DNA-Proben sind häufig degradiert oder werden postmortal entnommen, wodurch sie von geringerer Qualität sind und weniger zuverlässige Ergebnisse liefern als Proben, die von einer lebenden Person stammen.
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Das Verfahren zur Erstellung eines DNA-Fingerabdrucks besteht darin, zunächst eine Probe von Zellen, wie z.B. Haut, Haare oder Blutzellen, die DNA enthalten, zu gewinnen. Die DNA wird aus den Zellen extrahiert und aufgereinigt. In Jeffreys‘ ursprünglichem Ansatz, der auf der Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismus (RFLP)-Technologie basierte, wurde die DNA dann an bestimmten Punkten entlang des Strangs mit Proteinen, so genannten Restriktionsenzymen, geschnitten. Die Enzyme produzierten Fragmente unterschiedlicher Länge, die sortiert wurden, indem man sie auf ein Gel legte und dann das Gel einem elektrischen Strom (Elektrophorese) aussetzte: je kürzer das Fragment, desto schneller bewegte es sich in Richtung des positiven Pols (Anode). Die sortierten doppelsträngigen DNA-Fragmente wurden dann einem Blotting-Verfahren unterzogen, bei dem sie in Einzelstränge aufgespalten und auf eine Nylonfolie übertragen wurden. Die Fragmente wurden einer Autoradiographie unterzogen, bei der sie DNA-Sonden ausgesetzt wurden – Stücke synthetischer DNA, die radioaktiv gemacht wurden und an die Minisatelliten gebunden haben. Ein Röntgenfilm wurde dann auf die Fragmente belichtet, und an jeder Stelle, an der sich eine radioaktive Sonde festgesetzt hatte, entstand eine dunkle Markierung.
Der von Jeffreys entwickelte Assay wurde durch Ansätze ersetzt, die auf der Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und sogenannter Mikrosatelliten (oder Short Tandem Repeats, STRs) basieren, die kürzere Wiederholungseinheiten (typischerweise 2 bis 4 Basenpaare lang) als Minisatelliten (10 bis über 100 Basenpaare lang) aufweisen. Die PCR amplifiziert das gewünschte DNA-Fragment (z. B. eine bestimmte STR) viele Male, wodurch Tausende von Kopien des Fragments entstehen. Es handelt sich um ein automatisiertes Verfahren, das nur geringe Mengen an DNA als Ausgangsmaterial benötigt und auch mit teilweise abgebauter DNA funktioniert. Sobald eine ausreichende Menge an DNA mit der PCR hergestellt wurde, kann die genaue Sequenz der Nukleotidpaare in einem DNA-Segment mit Hilfe einer von mehreren biomolekularen Sequenzierungsmethoden bestimmt werden. Automatisierte Geräte haben die Geschwindigkeit der DNA-Sequenzierung stark erhöht und viele neue praktische Anwendungen ermöglicht, z. B. das Aufspüren von Gensegmenten, die genetische Krankheiten verursachen, die Kartierung des menschlichen Genoms, die Entwicklung trockenheitsresistenter Pflanzen und die Herstellung von biologischen Medikamenten aus gentechnisch veränderten Bakterien.
Eine frühe Anwendung des DNA-Fingerabdrucks war in Rechtsstreitigkeiten, insbesondere zur Aufklärung von Verbrechen und zur Bestimmung der Vaterschaft. Seit seiner Entwicklung hat der DNA-Fingerabdruck zur Verurteilung zahlreicher Verbrecher und zur Freilassung vieler zu Unrecht verurteilter Personen geführt. Allerdings ist es oft problematisch, die wissenschaftliche Identifizierung mit dem juristischen Beweis in Übereinstimmung zu bringen. Schon ein einziger Hinweis auf die Möglichkeit eines Fehlers reicht manchmal aus, um eine Jury davon zu überzeugen, einen Verdächtigen nicht zu verurteilen. Probenkontamination, fehlerhafte Präparationsverfahren und Fehler bei der Interpretation der Ergebnisse sind wesentliche Fehlerquellen. Darüber hinaus erfordert RFLP große Mengen qualitativ hochwertiger DNA, was seine Anwendung in der Forensik einschränkt. Forensische DNA-Proben sind häufig degradiert oder werden postmortal entnommen, was bedeutet, dass sie von geringerer Qualität sind und weniger verlässliche Ergebnisse liefern als Proben, die von einer lebenden Person gewonnen werden. Mit der Entwicklung von PCR- und STR-basierten Ansätzen haben sich einige der Bedenken gegenüber dem DNA-Fingerprinting, insbesondere der Verwendung von RFLP, gelegt.