انگشت نگاری DNA چیست؟

انگشت نگاری DNA روشی برای تشخیص هویت افراد با استفاده ازالگوهای منحصر به فرد موجود در DNA آن‌هاست.

پیش‌زمینه:

• تقریبا همه سلول‌های بدن ما حاوی DNA هستند.
• به‌ طور میانگین، ۹۹.۹ درصد DNA در همه انسان‌ها مشترک است.
• کل DNA دوقلوهای همسان یکسان است.
• این یک‌دهم درصد باقی‌مانده است که درافراد مختلف متفاوت بوده و باعث منحصر به فرد بودن ما می‌شود.
• ممکن است این درصد را ناچیز تلقی کنید، درحالیکه چیزی در حدود سه میلیون جفت باز است. این تفاوت‌ مقایسه شده و باعث تمییز افراد از همدیگر می‌شود.
• Minisatellite ها توالی‌های کوتاه و تکرارشونده‌ای از DNA بوده و طولی در حدود ۱۰ الی ۶۰ جفت‌باز دارند. این توالی‌ها، نسبت به سایر بخش‌های ژنوم، دارای بیشترین تفاوت بین افراد مختلف هستند. تفاوت‌ها در تعداد واحدهای تکراری است.
• نخستین Minisatellite در سال ۱۹۸۰ شناسایی شد.

انگشت نگاری DNA

• انگشت نگاری DNA یا DNA fingerprinting در سال ۱۹۸۴ توسط Sir Alec Jeffreys، و پس از پی بردن به نقش Minisatellite ها در شناسایی تفاوت‌های بین افراد، ابداع شد.
• انگشت نگاری DNA تکنیکی است که الگوی اختصاصی Minisatellite های ژنوم افراد را که در هر شخص منحصر به فرد است، شناسایی می‌کند. این الگو اثر انگشت ژنتیکی نام دارد.
• احتمال یکسان بودن اثر انگشت ژنتیکی دو فرد در صورتیکه دوقلوهای همسان نباشند، بسیار اندک است.

اثر انگشت ژنتیکی همانند اثر انگشت واقعی، مخصوص خود شماست و چیزی است که با آن به دنیا می‌آیید.

مقاله مرتبط: آیا پیش‌بینی چهره با DNA فرد امکان‌پذیر است؟

نخستین انگشت نگاری DNA چگونه انجام گرفت؟

1. نخستین گام در انگشت نگاری DNA، استخراج آن از نمونه بافتی انسانی (معمولا خون) بود.
2. از آنزیم‌های محدودکننده که به منزله قیچی‌های مولکولی هستند، برای برش DNA استفاده می‌شد. نتیجه این کار هزاران قطعه DNA با اندازه‌های مختلف بود.
3. این قطعات طی فرایند الکتروفورز در ژل (gel electrophoresis) بر اساس اندازه از همدیگر جدا می‌شدند.

• در یک سمت ژل که منفذدار است و همانند غربال عمل می‌کند، چاهک‌هایی وجود دارد که مولکول‌های DNA در آن قرار می‌گیرند.
• با برقراری میدان الکتریکی مولکول‌های DNA که بار منفی دارند به سمت قطب مثبت میدان حرکت می‌کنند.
• قطعات کوتاه‌تر از میان منافذ ژل آسان‌تر عبور می‌کنند. حرکت برای رشته‌های بلندتر دشوارتر است؛ از این رو حرکت آن‌ها آهسته است.
• پس از خاموش کردن جریان الکتریکی قطعاتی را مشاهده خواهیم کرد که بر اساس اندازه مرتب شده‌اند. کوچکترین مولکول‌ها در دورترین نقطه نسبت به محل نمونه اصلی، قرار می‌گیرند.

4. پس از مرحله الکتروفورز، قطعات DNA طی فرایند بلاتینگ (blotting= لکه‌گذاری) از ژل به غشایی از جنس نایلون منتقل می‌شدند. سپس DNAهای دورشته‌ای را از هم باز می‌کردند تا DNAها تک‌رشته‌ای شوند.
5. غشای نایلونی با پروب‌های رادیواکتیو انکوبه می‌شد.

• پروب‌ها minisatelliteهای کوچکی هستند که متصل به اتم‌های فسفر رادیواکتیو می‌باشند.
• پروب‌ها تنها به قطعاتی از DNA متصل می‌شوند که با آن مکمل هستند: minisatelliteها

6. Minisatelliteها که متصل به پروب‌ها بودند، با قرار گرفتن در معرض اشعه X، روی فیلم پدیدار می‌شدند.

• الگویی که روی فیلم ظاهر می‌شود، حاوی بیش از ۳۰ نوار تیره است و مولکول‌های DNA لیبل‌دار را نشان می‌دهد. این الگو همان اثر انگشت ژنتیکی است.
• به منظور مقایسه دو یا چند اثر انگشت ژنتیکی مختلف، نمونه‌های DNA متفاوت بر روی ژل الکتروفورز یکسان و در کنار همدیگر قرار داده می‌شدند.

تهیه پروفایل DNA

• امروزه تهیه پروفایل DNA، آنالیز STR (STR analysis) هم خوانده می‌شود و بر پایه microsatelliteهاست؛ برخلاف روش انگشت نگاری DNA که مبتنی بر minisatelliteها بود.
• Microsatelliteها یا STRها (short tandem repeats= تکرارهای کوتاه پیاپی) ، مشابه minisatelliteها هستند؛ با این تفاوت که کوتاهتر بوده و طولی در حدود ۲ الی ۵ جفت‌باز دارند.

امروزه پروفایل DNA چگونه تهیه می‌شود؟

1. DNA از یک نمونه بیولوژیکی استخراج می‌شود. از آن‌جا که این تکنیک حساسیت بالایی دارد، مقادیر بسیار پایین DNA برای وصول به نتایج دقیق کافی است و می‌توان DNA را از انواع مختلف نمونه‌ها از خون گرفته تا مو و بزاق استخراج کرد.
2. برخلاف روش انگشت نگاری DNA، در تهیه پروفایل از آنزیم محدودکننده برای برش DNA استفاده نمی‌شود؛ بلکه تکنیک PCR برای تولید چندین کپی از یک توالی STR مشخص، به کار گرفته‌می‌شود.

• PCR فرایندی است که طی آن، کپی‌های فراوانی از یک توالی مشخص DNA تهیه می‌شود. مقادیر اندک DNA برای انجام شدن فرایند کافی است و حتی می‌توان از مولکول‌های DNA آسیب‌دیده هم استفاده کرد.
• در PCR قطعات کوچکی از DNA به نان پرایمر، به توالی مکملشان از DNA موردنظر متصل می‌شوند و مکان شروع کپی برداری از قطعه مورد نظر را نشانه‌گذاری می‌کنند.
• در آنالیز STR، پرایمرهای PCR به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به هر دو انتهای توالی STR مورد نظر متصل شوند.

3. زمانی که به تعداد کافی توسط PCR از توالی مورد نظر کپی‌برداری شد، با استفاده از الکتروفورز قطعات بر اساس اندازه از همدیگر جدا می‌شوند.
4. قطعات از لیزر عبور داده می‌شوند و این باعث می‌شود که هرکدام با رنگ خاصی بدرخشند. نتیجه به صورت منحنی‌هایی نمایش داده می‌شود که رنگ و طول هر توالی STR را نشان می‌دهند.

   

• هر چقدر تعداد STRهای استفاده‌شده بیشتر باشد، تست در تشخیص هویت افراد دقیق‌تر عمل می‌کند.
• STR دیگری که در تحقیقات جنایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، Y-STR است و تنها از کروموزوم Y در مردان جدا می‌شود. کاربرد آن در تشخیص DNA مجرم مرد از یک نمونه که حاوی DNAهای مختلفی است، می‌باشد.
• احتمال وجود یک پروفایل DNA مشخص در هر فرد چیزی در حدود یک بر ده هزار میلیارد است؛ این درحالی است که جمعیت جهان حدود ۷.۱ میلیارد نفر است. پس جز در دوقلوهای همسان، ممکن نیست که پروفایل DNA دو نفر شبیه هم باشد.

یافتن مجرمان با انگشت نگاری DNA

• تهیه پروفایل DNA در حل مسائل جنایی بسیار راهگشاست؛ چون حتی در صورتیکه نمونه انسانی به جای مانده در صحنه جرم بسیار کوچک باشد، تعیین هویت فرد با استفاده از این روش ممکن است.
• در انگلستان یک پروفایل DNA کامل متشکل از ۱۱ توالی STR به همراه یک تعیین‌گر جنسیت است. در ایالات متحده، FBI بررسی ۱۳ توالی STR را پیشنهاد می‌کند.
• تطبیق دادن پروفایل DNA به دست آمده از صحنه جرم با پروفایل مظنون‌ها، می‌تواند مجرم را تعیین نماید.
• پلیس می‌تواند این مدرک را به عنوان پشتوانه سایر مدارک و برای اثبات مجرم بودن افراد به کار گیرد. یک پروفایل DNA کامل می‌تواند تطبیق مطمئن و قابل استنادی را ارائه دهد و مدرکی محکم برای اثبات جرم باشد.

  

پروفایل‌های DNA کجا و چگونه نگهداری می‌شوند؟

• انگلستان نخستین کشوری است که پایگاه داده‌ای از پروفایل‌های DNA را در سال ۱۹۹۵ تاسیس کرد. در این مجموعه، پروفایل DNA تعدادی از شهروندان انگلستان نگهداری می‌شود که بسیاری از آن‌ها مجرمین خطرناک هستند.
• امروزه بسیاری از کشورها دارای چنین مجموعه‌ای هستند.
• قانون حفاظت از آزادی ۲۰۱۳ در انگلستان، موجب حذف پروفایل DNA 1776000 نفر از شهروندان بی‌گناه از این پایگاه داده‌ها شد.

تعیین خویشاوندان خونی با انگشت نگاری DNA

• نصف DNA از مادر و نصف دیگر آن از پدر به ارث می‌رسد. پس STRها نیز از والدین به ما می‌رسند.
• تهیه پروفایل DNA می‌تواند به منظور اثبات خویشاوندی افراد و نیز تایید والدین مورد استفاده قرار گیرد.
• پروفایل DNA همچنین باعث تعیین هویت قربانیان جنایات و بلایای طبیعی شده و خانواده‌های ازهم‌گسیخته را دوباره به هم پیوند می‌دهد.
• میزان موفقیت این تست بالا بوده و احتمال حصول نتیجه مثبت کاذب بسیار اندک است.