Gymnázium Jana Nerudy. Závěrečná práce studentského projektu. Forenzní genetika

Transkript

1 Gymnázium Jana Nerudy Závěrečná práce studentského projektu Forenzní genetika Rok odevzdání práce: 2015 Braunová Johana Jelínková Kristýna Petrův Alžběta Svobodová Eliška 1/19

2 Obsah: 1. Genetika obecně Historie genetiky Obecné členění na oblasti Kriminalistická genetická analýza Jak kriminalistická genetika postupuje Genetická expertíza Typy identifikací osob Analýza Y- chromozómu Praktická část Zdroje /19

3 Poděkování: Chtěly bychom poděkovat našemu konzultantovi plk. Ing. Romanu Hradilovi Ph.D., který pomohl při psaní této práce. Anotace: V naší práci bychom se rádi zaměřily na kriminalistickou genetickou analýzu a pak také na analýzu Y-chromozómu. Na začátku bychom vás seznámily s historií genetiky a pak také s tím, na jaké oblasti se genetika člení. Dále bude naše práce pokračovat už samotnou kriminalistickou genetickou analýzou. Kde se zmiňujeme o postupu kriminalistické genetické analýzy při zjišťování vzorků. V závěru naší práce budeme mluvit o analýze Y-chromozómu a jejím využití. Poslední částí bude zmíněna praktická část, kterou budeme provádět v příštím roce. tudíž zde je nastíněno jak vše bude probíhat. Úvod: Naše práce bude zaměřena na kriminalistickou genetickou analýzu a pak také na analýzu Y chromozómu. Naší práci ovšem začneme krátkým představení genetiky a řekneme vám něco o historii genetiky. Dále si genetiku rozdělíme na základní oblasti a pak také na některé vedlejší podoblasti. V části kriminalistické genetické analýzy vám vysvětlíme, co je kriminalistická genetická analýza. Vysvětlíme vám, jak kriminalisté postupují při řešení nějakých kriminálních případů. Kriminalisté používají několik cest, jak vzorky získat. Poté jsme se rozhodly popsat vám, co se děje se vzorky při jejich identifikaci a jak celá identifikace probíhá. Dále si představíme genetickou expertízu a vysvětlíme si, jak genetická expertíza využívá k identifikaci osob jedinečnost DNA každého člověka. V další části si představíme jaká může být identifikace osob. Představíme si, že existuje identifikace přímá, která určuje zda 2 biologické materiály náleží jedné osobě. Dalším typem identifikace je identifikace nepřímá, která určuje zda dva biologické materiály náleží osobám příbuzným. Do této identifikace patří také analýza Y chromozómu. V předposlední části rozebereme důkladně právě analýzu Y chromozómu a popíšeme vám pravěké migrace obyvatel z Afriky. Tyto migrace měli za důsledek rozmístění vzorků Y chromozómu po světě. V poslední části vám představíme praktickou část, která bude spočívat v analýze Y chromozómu u 7 mužů, kteří nám poskytnou svůj vzorek DNA v podobě slin. Tuto praktickou část jsme se rozhodly nechat na příští rok, proto se zde můžete dozvědět pouze teorii. 3/19

4 4/19

5 1. Genetika obecně: Genetika je věda, která spadá do věd biologických. Zabývá se dědičností a proměnlivostí organismů a jejími příčinami. Její název je odvozen od slova gen. Jako gen je označována jednotka dědičné informace. Genetická informace je přechovávána v každém organismu v chromozómech, kde je reprezentována chemickou strukturou obsažených molekul DNA (deoxyribonukleová kyselina). Brněnský přírodovědec a kněz Johann Gregor Mendel v roce 1865 položil základy genetiky svými pokusy s křížením hrachu. Tento vědec užíval pro geny výraz elementy. Slovo gen poprvé užil Dvoušroubovice DNA W. Johannsen roku Název genetika byl navržen v roce 1906 britským genetikem Williamem Batesonem. Tento britský genetik ji definoval jako studium křížení a šlechtění rostlin. Představa o genetice jako o vědě, která se zabývá dědičností všech organismů, se vyvinula později. Zdroj: 1/22/whats-your-dna-worth/ 2. Historie genetiky: Historie genetiky jako takové začíná u kněze Gregora Mendela. Stál za zhotovením několika teorií a pokusů, za jeho základní práci v oblasti genetiky jsou považovány přednášky Pokusy s rostlinnými hybridy. Psal se rok 1822 a malý chlapec jménem Gregor vyrůstal se svou rodinou na malé farmě v tehdejší Moravě. Jeho rodina, jakožto většina venkovanů, bohatstvím neoplývala. Mendel si i přes finanční nedostatky plně oblíbil botaniku. Malého chlapce fascinovaly změny rostlin a jejich vývoj. Za dob jeho mládí byli lidé již schopni živočichy i rostlinstvo křížit podle svých potřeb a následné výtvory nazývali hybridy. Nikdo, ale netušil proč nebo jak ke změnám, či k podobnostem dochází. Mendel začal nastupovat do školy, kde své zalíbení skloubil s výukou a ve svém oblíbeném oboru exceloval. Chudoba mu však bránila v pokračování. Naštěstí se po nepříliš dlouhé době jeho rodina složila, aby mu umožnila pokračovat ve studiu. Mendel tedy začal docházet na studiu do města. Mezi městskými žáky nebyl chudý zemědělec nijak oblíbený, zato jeho schopnosti ocenil nejeden profesor. I přes výborné výsledky ve škole neměl pořádné přístřeší čí jídlo. Jeho jediné řešení byl klášter. Nastěhoval se tedy a začal se starat o klášterní zahradu. Tam se v jeho hlavě zrodil zájem přijít na to, zda neexistuje nějaká souvislost v dědičnosti. Začal hrách křížit, vytvářel hybridy a pozoroval je. Jeho největším cílem bylo zjistit, proč jsou některé hrachy žluté, zatímco jiné jsou zelené. Přišel rok 1866 a jeho dlouholeté bádání začalo mít výsledek. Zjistil, že vlastnosti jsou předávány jakýmisi částicemi. Gregor Mende Zdroj: mages?hl=cs&q=mendel &gbv=2&sa=x&oi=imag e_result_group&ei=vkjb VIj- IszwUM3bgLgN&ved=0 CCQQsAQ Jelikož tento jev zkoumal na žlutých hrášcích, zjistil, že dvě předávají barvu, dvě tvar a další dvě výšku. Také popsal důvod, díky kterému se dědí podobnost i ob generaci každý hrášek má dva elementy, žlutý a zelený, ale dominuje žlutá. Když se spojí se zeleným genem, žlutý gen nabude vrchu a hrášek bude žlutý. V příští generaci se již objeví i barva zelená. Zde můžeme vidět mnohotvarost života. 5/19

6 V témže roce svůj velkolepý objev prezentoval Brněnské univerzitě. K jeho smůle žádný z přítomných učených pánů, smysl jeho práce nepochopil. Dalo by se říct, že příliš předstihl svůj čas. Jeho neúspěch ho však nezastavil a Mendel začal experimentovat už i se zvířaty. Jako první své pokusy uskutečnil na včelách. Chtěl se pokusit o větší výrobu medu v zastaralém úlu. Vyměnil včelí královny a trubce. Za rok se jeho pokus zúročil. Pokusné včely vyráběli 2krát více medu než ostatní. Byl to jen malý pokus, ale pro jeho potřeby byl naprosto dostačující. Mendel detailně zkoumal rojení včel, zajímal se energii potřebnou k včelímu letu, uskutečnil tisíce experimentů s kultivací stromů, vylepšoval ovocné odrůdy. Byl to počátek moderní genetiky. Na pochopení a využití jeho znalostí si ovšem lidstvo muselo počkat ještě několik desetiletí. Mendelovi objevy otevřeli dveře mnoha dalším. Posuňme se do 19. století. Zde narazíme na velkého vědce jménem Friedrich Miescher. Toto jméno je spojováno s izolací nukleových kyselin z buněk. Miescher se narodil v roce Šel ve šlépějích své rodiny a také se vydal na dráhu vědy. Byl plachým, inteligentním hochem a měl, mimo jiné, nadání v oblasti biologie. V mládí byl zasažen chorobou zvanou tyfus, ta mu přivodila částečnou poruchu sluchu. V roce 1868 začal Friedrich pracovat pro organického chemika. Při následné profesi lékaře mu jeho částečná hluchota způsobovala potíže a tak se raději obrátil na fyziologickou chemii. Jeho následný objev hrál důležitou roli při dalším určování nukleových kyselin jako nosiče dědičnosti. Jeho nález byl ohodnocen stejně, jako výroky Mendela tzn. nebyl viděn význam. Tento projekt zúročil až Albrecht Kossel, když provedl detailnější výzkum chemické struktury nukleonu (částice, že které se skládá jádro atomu). Další jména spojena s Mendelem a se znovuobjevením významu jeho práce jsou Hugo de Vries, Tschermak von Seysenerr a William Friedrich Miescher Zdroj: images?q=miescher&h l=cs&gbv=2&oq=&gs_l = Bateson. Byli to právě tito tři profesoři, kteří potvrdili pravdivost Mendelových zjištění. Na počátku 20. století vzniká genetika jako plnohodnotný vědní obor. Nastal totiž čas, kdy byly potvrzeny Mendelova pravidla a jeho výzkum. William Bateson jako první použil slovo genetika a tím ho zařadil do slovníku, tak zní věta nejvíce spojována s již zmíněným Williamem Batesonem. Narodil se ve Whitby, kde jako chlapec vyrůstal. Když se ho rodiče zeptali, čím chtěl být, odpověděl, že chtěl být zoologem. Na škole však nebyl výborným studentem. William neuznával klasickou výukovou metodu. Chtěl se více zabývat přírodními vědami. V roce 1878 začal studovat na univerzitě, na které působil i jeho otec, jako ředitel. Jako student, i jako pozdější přednášející, jezdil do Asie, kde hledal podklady ke svému zkoumání variací živočišných odrůd. V roce 1894 publikoval knihu vyprávějící o materiálech nutných pro jeho studii variací a podmínkami nutnými k těmto variacím. V této knize jsou, i mimo jiného, designy významných Mendelových experimentů. Kolem roku 1897 Bateson začal zkoumat hybridy na kuřatech, slepicích a ovocných muškách. Po prostudování Mendelových poznatků zjistil, jak jsou jeho zákony důležité. Toto jeho zjištění se potvrdilo i na jeho výzkumech. Přeložil i Mendelova díla do William Bateson Zdroj: mages?q=bateson&hl =cs&gbv=2&oq=&gs_l = angličtiny. Stal se profesorem biologie na univerzitě v Cambridgi a právě v této době začal používat slova jako: zygota, heterozygota a homozygota. Pomohl zrealizovat Cambridgskou školu genetiky. Williamu Batesonovi se dostalo v této době největšího uznání, když roku 1922 při návštěvě Thomase Hunta Morgana a jeho laboratoří, kde přede všemi uznal chromozomy a jejich roli v hybridizaci. 6/19

7 Thomas Hunt Morgan žijící v letech Američan, narozený v Lexingtonu v Kentucky. Miloval přírodu, jeho hlavním koníčkem už od dětství byl sběr fosilií. Proto se rozhodl studovat přírodní vědy na univerzitě v Kentucky. Promoval ze zoologie. Dlouhá léta působil jako profesor biologie a dalších přírodních věd. Jeho následné práce, knihy a výzkumy byly směřovány do oblastí embryologie a zoologie. Druhová rozmanitost ho upoutala v roce V tu dobu vytvořil tzv. Fly room kde sledoval, jak se druhy mění v čase. I přes jeho počáteční negativní přístup k myšlence, že chováním chromozomů lze vysvětlit principy dědičnosti, stal se nakonec předním zastáncem této myšlenky. Tento muž společně se svými studenty stál u zrodu nové éry moderní genetiky. Objevili materiální podstatu dědičnosti. Tuto frázi si můžeme vysvětlit tak, že v době Mendela lidé nechápali (a ani se nesnažili chápat) smysl dědičnosti, zatímco Mendel tento smysl objevil. Díky tomuto pokroku měli lidé více důvodů genetiku zkoumat. Jeho tým na Kolumbijské univerzitě prováděl své experimenty na ovocných muškách. Na rozdíl od Mendela, který popisoval jednoduše rozpoznatelné znaky, oni trávili měsíce hledáním mušky s nějakým unikátním znakem, který by mohl být dále prozkoumán. Při svých výzkumech narazili na samečka, který měl bílé oči. Tímto se lišil od jakékoli jiné mušky. Snažili se přijít jak tuto abnormalitu předat dál. Jenže křížením tohoto bělookého samečka s červenookou samičkou vzniklo pouze červenooké potomstvo. Avšak v generaci následné se rodily už mušky bělooké. Zdálo se tedy, že se jedná o klasický příklad recesivní dědičnosti. Pak se ale ukázal zádrhel a to ten, že všechny bělooké mušky byly mužského pohlaví. Tímto se tedy dokázalo, že o bělookosti můžeme říct, že je to znak recesivní, ale zároveň musíme dodat, že je vázaný na pohlaví. Tento gen barvy očí se tedy musí nacházet v chromozomu X. Příkladem chromozomové dědičnosti je dědičnost barvy očí octomilek. Tento znak leží v heterologní části chromozomu X. Přesuňme se ale do historie nám bližší. Nejen z časového hlediska, ale i z hlediska oborového. Forenzní genetika je specializované odvětví již, tak mnohokráte, zmiňované genetiky. Tento obor se vyskytl mezi osmdesátými a devadesátými lety 20. století. Identifikace osob prostřednictvím genetické analýzy se stala podobnou kriminalistickou revolucí jako o sto let dříve daktyloskopie. Tzv. biologická stopa, tedy materiál rostlinného, živočišného nebo lidského původu, je velmi častým typem stopy nacházeným přímo na místě činu či v souvislosti s trestným činem. Zásadním obratem byla i současně se objevivší možnost zcela přesného určení přímých biologických vazeb osob, která se uplatnila zejména v oblasti občanského práva. Díky těmto novým, molekulárně genetickým identifikačním metodám se již biologický materiál klasifikovat a zkoumat jinými metodami. Dříve byly například imunologickými metodami stanovovány některé vybrané charakteristiky materiálu Mikroskopické metody se uplatňovaly zejména při specifikaci materiálů a biochemickými metodami byly identifikovány typy materiálu. První zemí, která si vyzkoušela použít genetiku při vyšetřování. Největším úspěchem v tomto případě bylo uznání tohoto důkazu soudem. V tehdejší České a slovenské federativní republice byla první genetická analýza při vyšetřování trestného činu provedena prof. Vladimírem Ferákem v případu vraždy studentky brněnské Masarykovy univerzity, který se stal roku Forenzní genetika se již každodenně používá při policejních případech. 7/19

8 3. Obecné členění na oblasti: Celkově rozeznáváme čtyři základní oblasti genetiky. První oblastí je klasická genetika, někdy také nazývaná mendelovská genetika. Zahrnuje výzkum v oblasti chromozomální teorie a jejích metod. V dnešní době už sice víme, že pravidla vycházejících z výzkumu Johanna Gregora Mendela zahrnují i jisté výjimky. Mendel totiž nevěděl, že geny se nacházejí v chromozómech a mohou být tudíž ve vazbě. Toto ovšem jeho poznatky nevyvrací, ale dále prohlubuje. Druhou oblastí je molekulární genetika, ve které se část výzkumu prolíná společně s biochemií. Zabývá se nukleovými kyselinami, tedy nositeli genetické informace, díky kterým dochází k přenosu dědičných znaků z rodičů na potomstvo. Molekulární genetika se dále zabývá procesy na molekulární úrovni, které jsou spojeny s geny. Například transkripce, translace, mutace atd. Třetí oblastí je evoluční genetika, která se zabývá studiem výskytu jednotlivých konkrétních forem genu v populaci a jejich změnami. Zkoumá evoluční vývoj a různé faktory, které ovlivňují změny v populaci. Evoluční genetika také studuje dlouhodobou transformaci či rozštěpení druhů. Rovněž také proces vzniku nových biologických druhů, ovlivněný mutacemi, migrací a dalšími faktory. Čtvrtou oblastí je fytogeografie, která se snaží biogeograficky stanovit směry a cesty při rozšiřování živých organismů v dané oblasti a čase. Dále je možno genetiku členit třeba podle metod studia a cíle zkoumání. Sem patří lékařská genetika, která patří do odvětví lékařské vědy, která se zabývá lidským genomem, což je veškerá genetická informace uložená v DNA konkrétního člověka. Dále sem patří veterinární genetika, která podobně jako u lékařská genetika se zabývá zkoumáním dědičných chorob u zvířata. Zabývá se také šlechtěním různých zvířat. Farmakogenetika se zjednodušeně řečeno, zabývá procesy ovlivněnými genetickými faktory, které jsou spojeny se vstřebáváním léků, jejich distribucí a vylučováním z organismu. Nutriční genetika je vědní obor zkoumající závislost účinku jednotlivých složek diety na geny daného jedince. Jde v podstatě o sloučení genetiky a nauky o výživě, jehož výsledkem jsou informace o správném výběru stravy pro jedince z hlediska kvality a množství, které má daný jedinec sníst. Imunogenetika je poměrně mladý vědní obor, který vznikl spojením genetiky a imunologie. Imunogenetika se zabývá studiem genetických složek imunitního systému a genetickou regulací imunitních reakcí. Základní oblastí imunogenetiky je studium antigenů. Toxikogenetika vznikla spojením genetiky a toxikologie. Tento vědní obor zkoumá vlivy toxinů na geny a studuje způsoby, kterými se lze před vlivy toxinů bránit. Ekogenetika v sobě zahrnuje poznatky ze dvou věd genetiky a ekologie. Tato věda se zabývá geneticky podmíněnou vnímavostí jedinců vůči faktorům vnějšího prostředí. Epigenetika je vědní obor, ve kterém jde v podstatě o výzkum změny chování našich genů v důsledku chování nás samotných. Příkladem výsledků výzkumu epigenetických jevů je například zjištění, že pokud má těhotná žena nedostatečnou výživu může tím způsobit, že její potomci bojují v dospělosti proti nemocem jako je cukrovka, onemocnění srdce nebo mrtvice. Populační genetika je věda, která se zabývá změnami zastoupení jednotlivých genů v populaci. Cytogenetika se zabývá zkoumáním buněk a jejich struktur, organizací genomu, genetických aspektů buněčného dělení a přenosem genetické informace. Zvláštní důraz je kladen na chromozómy, plasmidy a DNA organely u prokaryot. Změny v počtu nebo struktuře se mohou podílet ne projevech mnoha klinických příznaků, jakými může být například mentální retardace. 8/19

9 Genetický výzkum člověka se značně liší od metod výzkumu jiných organismů. Jednak zde hrají roli etické důvody (nelze provádět experimenty na lidech), a také odlišnosti lidského chování od ostatních pro výzkum jednodušších populací. Jde například o složitost lidského geonomu a také malý prostor pro výzkum více generací (dlouhý věk člověka, a tedy i delší generační doba. V našem projektu bychom se rády zaměřily na kriminalistickou genetickou analýzu a pak také na analýzu Y- chromozómu. 4. Kriminalistická genetická analýza: Genetická analýza je jednou z mnoha způsobů identifikace osob. Tato identifikace může být prováděna mnoha způsoby. Osoby můžeme identifikovat podle tělesných rozměrů, vzhledu, hlasu, papilárních linií, struktury duhovky, podle krevních a tkáňových antigenních vlastností. A také, pro nás nejpodstatnější, podle DNA. DNA je dvoušroubovice, která se skládá ze čtyř bází, která tvoří dvojice Adenin s Thyminem a pak také Guanin s Cytosinem. Jeffreysova metoda se brzy stala silným důkazem, na jejímž základě byli podezřelí usvědčováni či naopak zprošťováni obvinění. Bohužel se v ní objevovala některá významná omezení. Bylo potřeba velké vstupní množství DNA, což vyžadovalo velké množství biologického materiálu ve stopě. Původní metoda byla zdlouhavá a pracná, protože při vzájemném porovnávání musely být vždy všechny vzorky znovu analyzovány. Předchozí výsledky nebylo totiž možno uchovávat v databázích. Proto se vědci snažili nalézt takovou metodu, která by vyžadovala mnohem menší vstupní množství DNA, která by byla rychlá, měla vysokou identifikační schopnost a jejíž výsledky by bylo možno ukládat do databází. V roce 1994 byla vyvinuta metoda nazývaná STR-typing. STR typing je založený na analýze krátkých tandemových repetic, které se nacházejí v nekódující části DNA. Odhaduje se, že nekódujícího DNA je 90% a kódujícího je pouze 10%. Do nekódujícího DNA patří takzvané krátké tandemové repetice (STR). Repetice si lze představit jako opakování určitého slova motivu - těsně za sebou. Počet opakování slova je u různých lidí různý. U někoho třeba 5 a u jiného 38, proto říkáme, že daná repetice má velkou variabilitu. A právě této variability se využívá pro identifikaci, neboť lze takto od sebe rozlišit jakékoli dva nepříbuzné jedince. Všechna lidská DNA je v jádře buněk přítomna, jen polovina znaků je od matky a polovina od otce. Počet opakování v repetici od matky může být jiný než od otce. Analýzou několika krátkých tandemových repetic získáme genetický profil osoby. Tento získaný genetický profil můžeme vkládat do databáze DNA a porovnávat ho s jinými genetickými profily, aniž bychom museli znovu provádět analýzu. Co se ovšem neurčuje jsou tělesné znaky osob, ale pouze s jedinou výjimkou. U vzorků se určuje pohlaví, a to pomocí genu pro amelogenin, pomocí kterého se určuje pohlaví. Chromozóm XX se nachází u ženského pohlaví a chromozóm XY se nachází u mužského pohlaví. Kriminalistický ústav vyškolil prvního experta u FBI a provedl první genetické analýzy v roce /19

10 4.1. Jak kriminalistická genetika postupuje: Pokud potřebujeme v kriminalistické genetice zajišťovat vzorky, které bychom následně porovnávali a zjišťovali shodu biologického materiálu, můžeme použít několik cest, jak vzorky získat. Nejlepším způsobem, který můžeme použít je tak zvaný bukální stěr. Tento stěr je odběr slin z vnitřní tvářové sliznice na vatový tampónek a je pro DNA analýzu výhodný, protože jeho skladování je nenáročné a jeho odběr je neinvazivním zákrokem. Osoba, které je tento stěr odebírán, by s tím neměla mít problém a měla by být schopna tento odběr bez problémů vydržet. Dalším způsobem je odběr krve. Krev je pro DNA analýzu vhodná, ale její skladování je náročnější než vzorků získaných z bukálního stěru. Odběr krve je invazivní zákrok, tudíž osoba ho může odmítnout. Dalším způsobem je použití vlasů. Ustřižené vlasy jsou pro analýzu nevhodné. V krajním případě lze použít vytržené Bukální stěr Zdroj: Buk%C3%A1ln%C3%AD+st%C4 %9Br&hl=cs&gbv=2&oq=&gs_l= vlasy, ale analýza z nich nemusí být úspěšná. I v tomto případě se ovšem jedná o invazivní zákrok, který lze odmítnout. Poté co kriminalisté mají odebrané vzorky je velmi důležitá izolace DNA. To znamená, že je třeba získat ze zajištěných vzorků relativně čistou DNA. K tomuto slouží celá řada složitých postupů, jejichž výběr se řídí typem biologického materiálu, který máme k dispozici a také jeho množstvím. Dalším krokem je zjišťování množství a kvality DNA, což se provádí kvantifikací. Posledním krokem je amplifikace neboli zmnožení vybraných repetic DNA. Podle množství a kvality biologického materiálu ve stopě je analýzou stanoven úplný nebo pouze částečný genetický profil. U stop s velmi nízkým obsahem biologického materiálu či bez obsahu biologického materiálu může být analýza i neúspěšná. Na závěr už zbývá pouze udělat vzájemné porovnání stanovených genetických vzorků. Profily, které jsou získané ze stop a srovnávacích vzorků jsou vzájemně porovnány. Čím více znaků se ve stopách podařilo stanovit, tím je důkaz přesnější. Pokud se ale stane, že stopa obsahuje biologický materiál více než jedné osoby je analýzou stanoven tzv. smíšený profil. Tento profil tedy obsahuje biologický materiál více lidí. Za určitých podmínek, ale i v něm lze s poměrně vysokou pravděpodobností potvrdit anebo naopak vyloučit přítomnost biologického materiálu určité konkrétní osoby. Ovšem síla takového důkazu není velmi často tak vysoká jako u stopy, která obsahuje pouze jeden biologický materiál. 10/19

11 5. Genetická expertíza: Genetická expertíza využívá k identifikaci osob princip jedinečnosti DNA každého člověka. Na základě znalosti toho, jak se charakteristické znaky DNA přenášejí, umí posoudit i příbuzenské vztahy osob. Pracuje s lidským biologickým materiálem, který obsahuje jaderné buňky nebo jejich zbytky. Práce s DNA Zdroj: BDza&tbm=Jech 6. Typy identifikace osob: Prvním typem identifikace osoby může být identifikace přímá. Spočívá v tom, že porovnáváme, zda dva biologické materiály náleží jedné a téže osobě. Druhým typem je identifikace osob nepřímá, kde porovnáváme, zda dva biologické materiály náleží osobám příbuzným. Přímá identifikace osob využívá toho, že genetický profil osoby je ve všech buňkách, tkáních a orgánech stejný. Genetický profil je neměnný, je stejný v každém věku člověka a také je velmi důležité, že genetický profil je jedinečný pro každého člověka a je neopakovatelný. Přímá identifikace se využívá při určování původce nějaké stopy a hlavně umožňuje individuální identifikaci osoby. Při přímé identifikaci můžeme však narazit na problém a ten se týká dvojčat. Jde zde o to, zda jsou dvojčata jednovaječná a nebo dvojvaječná. Jednovaječná dvojčata mají stejný genetický profil. Na rozdíl od nich dvojvaječná dvojčata mají rozdílný genetický profil. Nepřímá identifikace používá znalosti principu přenosu krátkých tandemových repetic z rodičů na potomka. Nepřímá identifikace se využívá v určování otcovství, dále také k identifikaci neznámých mrtvol porovnáváním se vzorky přímých příbuzných. Nepřímá identifikace neumožňuje individuální identifikaci osoby, ale pouze identifikaci s velkou pravděpodobností. Existují také speciální analýzy, mezi které patří analýza mitochondriální DNA a analýza Y-chromozómu nebo X-chromozómu. Speciální typy analýz se neprovádějí standardně, ale pouze při zvláštních případech. Analýza mitochondriání DNA, stejně jako analýza Y-chromozómu jsou založeny na sledování rodokmenu po předcích. Tyto analýzy se používají při sledování vzdálenějších příbuzenských vztahů, nebo také při analýze velmi starého materiálu jako jsou například stará lebka a nebo také kosti. Analýza mitochondriální DNA je založena na zkoumání materiálu, který neobsahuje jadernou DNA. Při analýze mitochondriálního DNA nelze dosáhnout individuální identifikace osoby, neboť geneticky jsou mitochondrie (nositelky této genetické informace) dědy po maternální linii. To znamená, že se předávají z matky na všechny její potomky dcery i syny. 11/19

12 Analýza Y- chromozómu je založena na sledování rodokmenu po mužské větvi, protože muži mají Y- chromozóm a předávají si ho z otce na syna v nezměněné podobě. Ženy mají pouze chromozóm X. Tato analýza se zabývá sledováním vzdálenějších příbuzenských vztahů a také analýzou mužské složky ve smíšených stopách. U této identifikaci také nelze dosáhnout individuální identifikaci osoby. My jsme se rozhodly rozebrat dopodrobna analýzu Y- chromozómu. 7. Analýza Y- chromozómu: Chromozóm Y je pohlavní chromozom, který se vyskytuje u mnoha skupin živočichů. U člověka je druhý pohlavní chromozóm pojmenován X. Na základě těchto chromozómů je založen systém určení pohlaví. Chromozómy v kombinaci XX představují samici a chromozomy v kombinaci XY představují samce. Tento systém se nazývá savčí, protože je přítomen u všech savců. První objevený chromozóm byl chromozóm X a následně chromozóm Y, který byl pojmenován jako jeho protipól. Lidský Y - chromozóm je nejmenší ze všech chromozómů, obsahuje ovšem největší nerekombinující blok nukleotidů v lidském genomu (přibližně 58 milionu bází). Z tohoto důvodu je vhodný jako zařízení zaznamenávající genetické změny. Y- chromozóm představuje pouze 0.38 % celkové DNA obsažené v buňce. Y - chromozóm je podstatně menší než chromozóm - X. Chromozóm Y obsahuje velké množství heterochromatinu, což je DNA, které se téměř nepřepisuje v RNA. Y - chromozóm nese poměrně málo funkčních genů. Z těchto genů, které nese je významný např. Gen SRY, který spouští přeměnu vyvíjejícího se embrya v jedince mužského pohlaví. Mimo něj je známo jen 30 dalších genů, kódujících protein či rodinu proteinů. Polovina z těchto 30 genů se exprimuje (projevuje) především ve varlatech a druhá polovina v celém těle. Chromozom Y Zdroj: 12/19

13 Tyto geny mají na starosti především mužské znaky spojené s plodností a sexuálními funkcemi, jako například reprodukování spermií a formování varlat. Tyto znaky nejsou ovšem ty nejhlavnější. Nejhlavnějším znakem je ochlupení uší, přesněji ušního kanálku. Pokud jste žena a váš otec má tento znak, můžete být v klidu, protože vy jako dcera tento znak nemůžete zdědit. Pravděpodobnost zdědění tohoto znaku mají spíše vaši bratři a to i s tím, že ochlupení ušního kanálku zdědí pouze jeden ze synů a u ostatních nebude tak výrazný. Y chromozóm se předává pouze z otce na syna. U Y - chromozomu může dojít i k mutaci. Dnes jsou vědci schopni popsat různé mutace na chromozomu Y, které se vyskytují u lidí po celém světě. Existuje seznam všech známých mutací lidského chromozomu Y a jejich uspořádání do vývojového stromu. Tento strom mutací chromozomu Y je pod dohledem organizace Y Chromosome Consortium. Díky popsaným vlastnostem stromu chromozomů Y, lze sestavit přibližný scénář migrace pravěkých obyvatel. Tento scénář lze udělat i na základě mitochondriální DNA a výsledky obou jsou v hrubých rysech ve vzájemné shodě. Ovšem analýza chromozomů Y je jednodušší a navíc mužská populace má při migracích větší tendenci zcela nahradit tu předchozí, a proto jsou následky migrací v mužském chromozomu Y mnohem čitelnější. Původní prapředek žil asi před tisíci lety, bylo to v Africe přesněji někde ve východní části. V Africe se proto nachází ty nejstarší větve stromu. Dnes se těžko odhaduje, jak se v nejstarších dobách vyvíjela lidská populace. Mohlo zde existovat více větví mutačních linií a jejich nositelé vymřeli. Během desítek tisíc let jistě docházelo k mnoha etnickým přesunům. Do dneška se dochovaly dvě části africké mutační linie: M91 a M60 (odvozená od M42). M60 se dnes nachází nejvíce na východě střední Afriky, M91 spíše na západě a jihu. Mnohem lépe se rekonstruuje pohyb etnik mimo Afriku. Jedná se totiž o větší a složitější území a doba, po kterou se zde člověk pohybuje, není ve srovnání s Afrikou tak velká. 1) Vývojový strom mutací chromozomu Y. Rozložení jednotlivých typů u národů světa: 1. Kungové, 2. Pigmejové, 3. Bamilekové, 4. Faliové, 5. Sengalci, 6. Berbeři, 7. Etiopané, 8. Sudánci, 9. Baskové, 10. Řekové, 11. Poláci, 12. Laponci, 13. Rusové, 14. Libanonci, 15. Iránci, 16. Gruzínci, 17. Kazaši, 18. Pandžábci, 19. Uzbekové, 20. Něnci, 21. Khantové, 22. východní Evenkové, 23. Burjati, 24. Evenové, 25. Eskymáci, 26. Mongolové, 27. Evenkové, 28. severní Číňané, 29. Tibeťané, 30. Taiwanci, 31. Japonci, 32. Korejci, 33. Filipínci, 34. Indonésané, 35. Malajci, 36. Guinejci (z horských pralesů), 37. Guinejci(z pobřeží), 38. Austrálci (Arhem), 39. Austrálci (Sandy desert), 40. Cookovy ostrovy, 41. Tahiťané, 42. Maoři, 43. Navahové, 44. Čejeni, 45. Michtékové, 46. Makiritarové, 47. Kajapové, 48. Inuité Zdroj: 13/19

14 Otázka, která je brána jako jedna z nejzávaznějších je otázka, kdo jako první opustil Afriku. Jako první velká migrační vlna se považuje vlna, která prošla pravděpodobně jižním spojem Afriky a Arabského poloostrova a pokračovala podél pobřeží dále na východ. Tato událost se odehrávala asi před tisíci lety. Tito lidé, kteří se jako první pohybovali mimo Afriku, byli nositelé mutace Y chromozómu. Tím, že tito lidé byli lovci a sběrači byli nuceni se často za potravou stěhovat. Díky tomuto se brzy dostali do východní Asie a postupovali dále indonéským souostrovím až do Austrálie, kde se objevili před více než lety. V těchto dobách byla hladina oceánu o 120 metrů níže, ale zdaleka nebyla propojena Indočína a Austrálie. Kvůli oceánům byli lidé nuceni překonávat velké vzdálenosti po moři. Brzy po této první migraci následovala z Afriky další migrace, ale tentokrát to byli lidé s jinou mutací Y chromozómu. Tato druhá migrační vlna postupovala také na východ, ale volili severnější cestu a brzy se dostali do Číny a na jihovýchodní Sibiř. Z tohoto můžeme vyvodit, že tito lidé byli lépe přizpůsobeni chladnějšímu počasí. 2) Odhad situace před lety. Oblast je vybarvena podle haplotypu, který zde dominoval. Zdroj: 14/19

15 Zhruba před lety dochází k mírnému oteplení Země, ledovce začínají ustupovat a nastává doba nestálého, ale teplejšího klimatu. Kvůli těmto příznivým podmínkám se začala přesouvat další migrační větev z Afriky do Asie. Tato migrace získává převahu v celé přední Asii a rozšiřuje se dále na východ, kde se z ní vyvíjí další mutační linie chromozómu Y. Jedna část této linie se začíná šířit směrem na východ a druhá část zůstává v přední Asii a možná je to právě tato linie, která se jako první objevila v Evropě. 3) Odhad situace před lety. Oblast je vybarvena podle haplotypu, který zde dominoval. Zdroj: S ústupem poslední doby ledové začíná nová doba lidstva. Tato nová doba přinesla s sebou i linii, která začíná pronikat do Ameriky. Důsledkem toho je i vznik nové kultury v severní Americe před lety. Do Evropy a západní Asie proniká další skupina, která přináší s sebou znalost zemědělství. Je dost možné, že tito lidé mluvili jak jazyky kartvelianskými (churijština, urartejšitna, či dnešní gruzínština), tak jazyky podobnými elamštině (ta se dnes řadí k afroasijské rodině). Situace v přední a ve střední Asii je v tomto směru velmi nepřehledná, mísí se zde různé jazyky i různé větve Y- chromozomálního stromu. Ve střední Asii je dnes nejvyšší genetická různorodost obyvatelstva. 15/19

16 Odhad situace před lety. Oblast je vybarvena podle haplotypu, který zde dominoval. Zdroj 4) Pomocí analýzy Y chromozómu můžeme zjistit odkud pochází náš předek. Sledujeme evoluční historii u mužů. Z této analýzy můžete získat určení haploskupiny (=skupina haplotypů, což jsou kombinace alel odkazujících na různá místa daného chromozómu Y) Y chromozomu. Například můžeme zjistit, zda náš předek pochází z Blízkého východu, a nebo ze subsaharské Afriky. Dále také můžeme určit haplotypu Y - chromozómu. 8. Praktická část: Praktickou část jsme se rozhodly ponechat na příští rok, proto zde popíšeme, co bude obsahovat a jaký bude postup jejího provádění. V naší praktické částí provedeme analýzu Y- chromozómu. Na základě písemného souhlasu s provedením analýzy Y chromozómu, se projektu zúčastní sedm dobrovolníků mužů. Následně jim bude odebrán vzorek DNA prostřednictvím jejich slin. Z tohoto vzorku provedeme analýzu Y chromozómu. Výsledkem rozboru bude zjištění geografického původu předků jednotlivých osob. Zdali má předky např. z Blízkého východu, subsaharské Afriky anebo jiných směrů. Zdali předci byli pastevci nebo kupci. Prohledáním veřejně dostupných databází následně můžeme zjistit množinu možných příbuzných osob mužského pohlaví. Pokud účast v projektu nebude anonymní a dobrovolník se zúčastní projektu pod svým jménem, bude mu po vyhodnocení analýzy vystaven certifikát osvědčující výsledek rozboru. 16/19

17 Rozmístění vzorků chromozómu Y Zdroj: Prezentace - GENETICKÁ EXPERTIZA (možnosti a okruhy užití) V poslední době je analýza Y chromozomu velice populární. Mnoho lidí se teď snaží dohledat si své předky, a proto hodně využívají právě tuto analýzu. Strom dědičnosti podle chromozomu - Y Zdroj: 17/19

18 Závěr: Na závěr naší práce bychom rády uvedly, proč jsme si vybraly právě toto téma. Bylo to z důvodu, že se rády díváme na kriminalistické filmy a seriály a proto nás zajímalo, jak to vše funguje, jak kriminalisté postupují a také, co všechno se dá zjistit z lidského biologického materiálu. Dalším důvodem byla možnost spolupráce s panem plk. Ing. Romanem Hradilem Ph.D, který nám poskytl materiály, s pomocí kterých jsme se s tímto tématem mohli hlouběji seznámit. Tato práce nás rozhodně obohalita o nové znalosti. Do příštího roku nás ještě čeká praktická část, ve které se zaměříme na analýzu Y - chromozomu a budeme pomocí vývojového stromu chromozomu Y dovozovat geografický původ kontrétních osob. 9. Zdroje: Prezentace - GENETICKÁ EXPERTIZA (možnosti a okruhy užití) Prezentace - ZÁKLADY KRIMINALISTICKÉ GENETICKÉ ANALÝZY kopírované mapy číslo 1,2,3, chromozomu_y_.28y-dna.29 Kvalitativní závěry srovnání Y- STR haplotypů Jan Šmarda - kniha Genetika, nakladatelství učebnic Fortuna, rok vydání 2003, 143 stran Ing. Václav Hásek a kolektiv autorů - kniha Učebnice pro začínají rodopisce, nakladatelství neuvedeno, rok vydání 2014, 286 stran /tec_technika.aspx?c=a051011_114611_bezpecnost_kuz md=ivns&source=lnms&tbm=isch&sa=x&ei=c5lwvjqhes6wartdgpao&ved=0ca UQ_AU prizes/medicine/laureates/1933/morgan-bio.html Seriál Byl jednou jeden vynálezce 18/19

19 19/19