DNA in de forensische diagnostiek

DNA in de forensische diagnostiek Ate Kloosterman 22 maart 2012 Rotterdam de Doelen NFI Humane Biologische Sporen (HBS) & WISK UvA Forensische Biologie

2 Welkom

De impact van forensisch DNA! Puttense moordzaak Toevallige vangst dankzij DNA-wet De Stentor, 22 mei 2008 Na een zoektocht van veertien jaar bleek DNA de sleutel te zijn tot de oplossing van de Puttense moordzaak. Het erfelijk materiaal van de 33-jarige, die dinsdag werd opgepakt, bleek een perfecte 'match' met bloed en sperma dat werd gevonden in het huis waar Christel Ambrosius in 1994 is vermoord. Henk F. bekent moord Andrea Oplossing oude moordzaak door DNA-match Hoogeveen - Henk F. (41) uit Hoogeveen heeft de moord bekend op Andrea Luten, zeventien jaar geleden op 10 mei 1993. Politie en justitie hebben dit bekend gemaakt. De man heeft tegenover de politie verklaard dat hij Andrea heeft gewurgd en dat hij en Andrea elkaar niet kenden. 3

Gerechtelijke dwalingen en DNA 4

Forensisch onderzoek Wetenschappelijk onderzoek dat gedaan wordt ten behoeve van het strafrechtelijk onderzoek. Forensische onderzoeksresultaten kunnen helpen bij de opsporing van verdachten. Daarnaast dienen de resultaten van het onafhankelijk wetenschappelijk onderzoek de waarheidsvinding en de bewijsvoering in het strafrecht. 5

Onderzoek biologische sporen en DNA-onderzoek Vier centrale vragen 1. Zijn er biologische sporen aanwezig op het stuk van overtuiging? 2. Wat is de aard van het celmateriaal van het biologische spoor? 3. Van wie is het biologische spoor? 4. Wat is de relatie van het biologisch celmateriaal tot het strafbare feit? 6

Vier belangrijke eigenschappen forensisch DNA-onderzoek Specifiek: onderzoek specifiek 10 of meer loci. DNA-profiel is extreem zeldzaam en daardoor zeer persoonsonderscheidend. Volledige DNA-profielen altijd zeldzamer dan 1 op 1 miljard Gevoelig: relatief weinig biologisch sporenmateriaal nodig om een DNA-profiel te verkrijgen Techniek wordt steeds gevoeliger Betrouwbaar: validatiestudies en uitgebreid kwaliteitsonderzoek hebben aangetoond dat DNA-onderzoek zeer robuust en betrouwbaar is Internationaal geaccepteerd zowel wetenschappelijk als in strafrechtsketen Digitale opslag en vergelijking: DNA-profielen kunnen digitaal worden opgeslagen en vergeleken in een databank: DNA-databank is een belangrijk opsporingsmiddel 7

Biologische sporen 8 ESSENTIES Forensisch biologisch onderzoek

9 ESSENTIES Cursus forensisch biologisch onderzoek

Absence of evidence Absence of evidence is evidence of absence? De afwezigheid van delictgerelateerd sporenmateriaal is geen neutrale bevinding. Het is steun voor de hypothese dat er geen contact is geweest. Voorbeeld: aangifte zedenmisdrijf waar geen sperma wordt gevonden. Absence of evidence is no proof for absence. But the more you look in places where X "ought to be" in ways and at times that X "should be likely to be there," the more confidence you can have that there is no "X".

Ook bij DNA: de juiste onderzoeksvragen If you don t ask the right question, you will not get the right answer, regardless of the brilliance of the analysis!!! 11

Forensisch onderzoek is en de onderzoeksopdracht Forensisch onderzoek is gebaat bij een goede vraagstelling en onderzoeksopdracht Voorbeelden van niet-adequate vraagstellingen. Onderzoek naar biologische sporen en een DNA-onderzoek. De schoenen van de verdachte dienen te worden onderzocht op de aanwezigheid van bloed van het slachtoffer. Is er DNA van de verdachte op het vuurwapen aanwezig? Onderzoek de 50 peuken op DNA. Relevant onderzoek gebruikelijk bij dit type delicten.

Onvolledige vraagstellingen Dit soort vraagstellingen kan leiden tot: routinematige aanpak : DNA-profielen fabriek uitsluitend conclusies op bronniveau (van wie is het DNA) en niet op activiteiten niveau (hoe komt het DNA van X op de schoenen van Y).

De opdracht voor forensisch onderzoek 1. Is afgebakend 2. Bevat alle domeinrelevante informatie voor de deskundige 3. Bevat geen onnodige en ongewenste context informatie 4. Bevat een toedrachtscenario en in het ideale geval een alternatief toedrachtscenario. 5. Indien noodzakelijk is er een vraagstelling op bron niveau en activiteit niveau (source and activity level). 6. De prioriteit van de verschillende onderzoeken is aangegeven. 14

De praktijk van het forensisch onderzoek Iemand verstrekt een opdracht (OM) Iemand anders levert de stukken van overtuiging aan (FO; TR) De deskundige weet niet wat er met zijn onderzoeksresultaten en deskundigenrapport gebeurt.

De onderzoeksaanvraag Het routine model Een onderzoeksvraag zonder context, zaaksinformatie of enige andere informatie. Forensisch paradigma: vergaar alle domein relevante informatie. Paradigma: overtuigingen, waarden en handelwijzen die door de beroepsgroep worden gedeeld

Forensisch paradigma Er is altijd informatie beschikbaar Aan de hand van de informatie en de waarnemingen kan een hypothese worden geformuleerd Bij een hypothese behoort een alternatieve hypothese te worden geformuleerd. De hypothese(n) worden getoetst aan de resultaten van het wetenschappelijk onderzoek

De beperkte onderzoeksopdracht zonder domeinrelevante informatie Onderzoek de broek van Kees op de aanwezigheid van bloed van Piet

Rapportage van een onderzoek met een beperkte onderzoeksopdracht Rapportage: Ontvangen materiaal Foto van het bloed op de broek DNA-onderzoek Het DNA-profiel van het bloedspoor matcht met het DNA-profiel van Piet. Statistische onderbouwing van de zeldzaamheidswaarde van het DNA-profiel.

Domein relevante informatie I De aangifte van Piet: In de aangifte van mishandeling verklaart Piet dat hij is geslagen door Kees, waardoor hij uit zijn mond heeft gebloed. Piet geeft aan dat zijn bloed hierdoor op de (te onderzoeken) broek van Kees is terecht gekomen. Toedrachthypothese 1

Domein relevante informatie II De verklaring van Kees: Ik heb Piet niet mishandeld Het is niet mijn broek, het is Piet zijn broek Piet heeft zich een dag eerder aan zijn hand verwond waardoor er bloed van Piet op de broek terecht is gekomen. Kees en Piet zijn broers. Toedrachthypothese 2

Toetsen van de toedrachtshypothesen Welke onderzoeken zijn hier geïndiceerd om de twee hypothesen te toetsen? Bloedspoorpatroon analyse. Broek op dragermateriaal Broek op speeksel onderzoeken. Referentiemonster van verdachte analyseren.

Gerichte informatie nodig voor bemonsteren Foto s & verklaringen 23

Het verlangde onderzoek Het verlangde onderzoek moet een essentieel element vormen van de informatie waarop de rechter zijn oordeel moet vormen. Als van te voren al vast staat dat (verder) wetenschappelijk onderzoek vermoedelijk niet essentieel aan de waarheidsvinding kan bijdragen, is nader uitputtend wetenschappelijk onderzoek niet geïndiceerd.

Forensisch DNA-onderzoek dankzij twee baanbrekende ontwikkelingen Onderscheiden van personen op basis van DNA DNA-fingerprinting Kleine hypervariabele stukjes DNA zeer persoonsonderscheidend; stukjes DNA variëren in lengte (aantal zich herhalende eenheden) DNA-vermeerdering (PCR-techniek) Specifiek vermeerderen (kopiëren) en analyseren kleine stukjes DNA Sir Alec Jeffreys Kary Mullis 25

The mission The mission of the forensic DNA scientist Obtaining an individual specific DNA profile from the smallest conceivable amount of (highly degraded) DNA. ADK 2002

Biologische Sporen + Urine + Feces + Nagelvuil + Contactsporen (huidcellen) + Haarroos

DNA structure (double helix)

Verschillen in DNA tussen personen 99.8% van de basenvolgorde is identiek.

Genetisch polymorf DNA: puntmutaties

Hypervariabele gebieden in het DNA:VNTRs? Repeterende DNA sequenties Persoon 1..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT.. Persoon 2..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT.. Persoon 3..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTT..

DNA content of biological samples Evidence Liquid blood Bloodstain (1*1 cm) Bloodstain (1*1 mm) Hair (pulled out) Hair (shed) Hairshaft Liquid semen Postcoital vaginal swab Saliva Bone Tooth Urine Feces Nail scraping Dandruff DNA content 30.000 ng/ml 200 ng 2 ng 1-750 ng 1-10 ng 0,001-0,04 ng/cm 250.000 ng/ml 0-3000 ng 5000 ng/ml 1-20 ng/ml

Short Tandem Repeat (STR) loci Forward primer Fluorescent dye label Reverse primer Fluorescent dye label Tetranucleotide repeats have become prominent in forensic DNA STR-technology Sensitive: detects ng quantities of DNA Fast (8 hours) and relatively cheap Can be automated (throughput)

Voordelen van STR loci voor de forensische DNA test Korte amplicons Multiplex PCR Commercieel verkrijgbare kits Geharmoniseerde en gestandaardiseerde DNA typering

Standaard DNA-onderzoek (NGM): 15 plaatsen op het DNA 98% van het DNA is niet coderend 15 Hypervariabele gebieden: 15 loci Per locus 2 DNA-kenmerken DNA-kenmerken gelijk of verschillend; weergegeven met cijfer(s) 35

Volledig NGM DNA-profiel van referentiemonster Ate 15 genetisch polymorfe loci: 2 x 15 DNA-kenmerken: DNA-kenmerken zichtbaar als pieken met cijfers Geen coderend DNA; alleen vergelijkend onderzoek X/Y 36 14/16 17/18 10/13 19/25 10/11 28/31.2 14/15 12/14 15/16 13.2/14 6/8 21/23 10/14 15/15 12/17.3 20/21

Onbedoeld gevolg van een DNA analyse: syndroom van Down onthuld Trisomy 21

Non match Bloedspoor Verdachte

Geen match: verdachte uitsluiten als donor Het DNA-profiel van het spoor matcht niet met het DNA-profiel van de verdachte Dit betekent dat dit spoor niet afkomstig is van de verdachte De verdachte kan worden uitgesloten als degene van wie spoor (mede) afkomstig is * * Onder voorbehoud van fouten in de onderzoeksketen 39

DNA-databank voor strafzaken - sporen van onbekende personen - verdachten van misdrijven met voorlopige hechtenis - overleden slachtoffers waarvan de zaak nog niet is opgelost - veroordeelden - ex-gedetineerden (vrijwillig) januari 2012 sporen: 49 duizend personen: ca 132 duizend 40 www.dnasporen.nl

Match en wetenschappelijke bewijswaarde Bloedspoor Verdachte

The match kans van een DNA-profiel De wetenschappelijke basis voor een random match probability (RMP) of zeldzaamheidswaarde berekening: populatie genetische DNA database. In NL (N=2085 males)

De match kans van een DNA-profiel D10: 2*0.307*0.118=0.077=7.7%

Match Probability van Ate s NGM DNA profiel 44

Rapportage match van volledige DNA-profielen Het DNA-profiel van de verdachte matcht met het DNA-profiel van het spoor Dit betekent dat het spoor afkomstig kan zijn van de verdachte De berekende frequentie van het DNA-profiel van het spoor is kleiner dan één op één miljard*. Ofwel, de kans dat het DNA-profiel van een willekeurig gekozen man matcht met dit DNA-profiel is kleiner dan één op één miljard. *Matchend DNA-profiel van 10 of meer loci: frequentie altijd kleiner dan één op één op 1 miljard NB. De kans dat een broer van deze verdachte dit DNA-profiel heeft is vele malen groter (ongeveer één op tienduizend). 45

Waarom bij volledig DNA-profiel geen absolute herkomstuitspraak: Het spoor is van hem!? Extreem zeldzaam is niet uniek Eeneiige twee- of meerlingen: hebben hetzelfde DNA-profiel Kans dat broer/zus matcht is groter dan een willekeurig persoon Kans op fouten De match kan berusten op een fout in de onderzoeksketen, van plaats delict tot deskundigenrapport (geaccrediteerde laboratoria!) 46

Onvolledige DNA-profielen Niet van alle loci DNA-kenmerken zichtbaar; DNA-profiel: hogere frequentie van voorkomen; lagere wetenschappelijke bewijswaarde 47 (Deels) Afgebroken DNA: DNA is kwetsbaar en gevoelig voor vocht, warmte en direct zonlicht. Veiligstellen en bewaren: droog, koel, buiten direct zonlicht

Rapportage match met een onvolledig DNA-profiel Het DNA-profiel van de verdachte matcht met het onvolledige DNA-profiel van het spoor Dit betekent dat het spoor afkomstig kan zijn van de verdachte De berekende frequentie van het onvolledige DNA-profiel is ongeveer één op 250 duizend NB. De kans dat een broer van de verdachte deze DNA-kenmerken heeft is groter (ongeveer één op 750) 48

Differentiële lysis techniek 49

Differentiële lysis techniek 50

Differentiële lysis techniek 51

Nieuwe ontwikkelingen Familial searching 52

Nieuwe ontwikkelingen Familial searching 53

54

Principe van een Familial search Er is een DNA-profiel van een daderspoor verkregen, maar geen directe match in DNA-databank. Mogelijk is er een DNA-profiel van een bloedverwant van de donor van het spoor in DNA-databank aanwezig DNA-profielen van bloedverwanten vertonen onderling een hogere mate van overeenkomst dan die van niet verwante personen. => zoeken naar DNA-profielen van bekende personen met een hoge mate van overeenkomst met het DNA-profiel van het daderspoor in de hoop dat één van deze DNA-profielen van een bloedverwant van de donor van het spoor is => om via bloedverwant te komen tot degene van wie het spoor afkomstig is. 55

Familial search in Engeland/Wales 5.6 miljoen DNA-profielen in NDNAD (± 10% van de bevolking) sinds 2003 familial search zoekacties (Wales/Engeland) aantal zoekacties tot medio 2010: 185 afgeronde zoekacties 33 verwanten gevonden 27 geleid tot veroordeling 96 zaken medio 2010 in onderzoek Criteria Ernstige misdrijven volledig DNA-profiel (welke geen match heeft opgeleverd in databank) daderspoor laatste onderzoeksmogelijkheid om zaak op te lossen opdracht RC 56

Principe van DNA-verwantschapsonderzoek Kind krijgt zijn DNA van zijn beide ouders. DNA van een persoon bevat ook informatie over het DNA van zijn familie. Door overerving vertonen DNA-profielen van bloedverwanten onderling een hogere mate van overeenkomst dan willekeurige personen. 57

Vergelijking van DNA-profielen Vader A Kind?? Moeder B 58

A most rewarding but challenging task DNA-identification from victims of mass disasters May 12 2010: over 100 dead in Tripoli Airport Plane crash

Voorbeeld ouders en kind vader moeder 28,32 29,31 Moeder 29 31 kind 28 29 Vader 28 28 29 28 31 32 29 32 31 32 Mogelijke typeringen kinderen 60

Interpreteren resultaat autosomaal DNA-onderzoek in DNA-verwantschapsonderzoek 1. Vergelijking van de DNA-profielen Mate van overeenkomst ouder/kind relatie: elk locus, minimaal 1 DNA-kenmerk gelijk Het ene DNA-kenmerk van de vader en het andere DNA-kenmerk van de moeder (er is niet te zien welke van wie is) Mutaties uitgezonderd, kans ongeveer 0,15% per locus 61

Interpreteren resultaat autosomaal DNA-onderzoek in DNA-verwantschapsonderzoek 1. Vergelijking van de DNA-profielen Mate van overeenkomst ouder/kind relatie: elk locus, minimaal 1 DNA-kenmerk gelijk Het ene DNA-kenmerk van de vader en het andere DNA-kenmerk van de moeder (er is niet te zien welke van wie is) Mutaties uitgezonderd, kans ongeveer 0,15% per locus broer/zus relatie: gemiddeld 2/3 van alle DNA-kenmerken gelijk 62

Aantal overeenkomende DNA-kenmerken (SGM+ kit) broer-broer broer-zus zus-zus Cowen S. & Thomson J. (2008) Forensic Science International: Genetics Supplement Series 643-645 63

Overeenkomende allelen en aanwijzing voor verwantschap Uitgangspunten: 1. Bij de zoekactie mag de echte broer niet worden gemist 2. We willen het aantal toevallige en onterechte aanwijzigen voor een verwantschap zoveel mogelijk beperken 3. Dilemma 64

Overeenkomende allelen en verwantschap Aantal overeenkomende allelen 14 10 6 Kans dat de echte sibling bij de zoek-actie naar boven komt. 27% 90% 99,5% Toevallige matches none 1200* (1,2%) 47000* (47%) Dit zijn gemiddelde waarden. * Grootte DNA databank is 100.000 65

Overeenkomende allelen en aanwijzing voor verwantschap Uitgangspunten: 1. Bij de zoekactie mag de echte broer niet worden gemist 2. We willen het aantal toevallige en onterechte aanwijzigen voor een verwantschap zoveel mogelijk beperken Dilemma! De les: Een DNA-profiel met zeldzame DNA kenmerken leent zich beter voor een DNA verwantschapsonderzoek dan een DNA-profiel met DNA-kenmerken die relatief veel voorkomen. 66

Nieuwe technische ontwikkelingen 67 ESSENTIES Cursus forensisch biologisch onderzoek

Crime reported CSI Day 1-3 DNA Analysis DNA Database Day 15-25 Day 25-28 Time line in a typical forensic DNA-analysis process in a case with multiple samples Sample submission Day 4-8 Match Report Day 28 Arrest > Day 28 Identification (What is it?) Day 8-15 Forensic Testimony Day 28-40 Court Process 6-12 Months

Current situation in the forensic laboratory Batch wise analysis Processing of materials as lots or batches in which the whole of each batch is subjected to one stage of the process at a time. Preferred size of a batch is 86 samples Negative controls (extraction and PCR) Positive controls (extraction and PCR) 96 well micro titer plate

Paradigma shift: real time analysis Sample per sample From batch wise analysis to miniaturized devices Future developments of DNA analysis lies with miniaturized devices. Such instruments will bring portability, increased speed and reduced cost of analysis, and enable rapid provision of DNA data to the criminal investigation team.

DNA Microfluidics in forensics MIDAS prototype cartridge for DNA extraction, amplification and post PCR denaturation. C1: sample introduction C4: DNA elution chamber R: PCR chamber X: output CE

Research topics FGCN 72

FGCN consortium Snel muterende Y-STRs Geografische herkomst (autosomaal, Y-chromosomaal, mtdna) Uiterlijke persoonskenmerken Identificatie van de lichaamscellen (RNA, microrna) Leeftijd van het spoor Leeftijd van de donor van het DNA (T lymphocyte receptor DNA rearrangement in bloed) 73

DNA profiel vs RNA profiel Volledig DNA profiel: Volledig RNA profiel (bloed):