De 26-jarige Irakees Ali H., die justitie maandenlang als enige verdachte van de moord op Marianne Vaatstra uit Friesland zag, kan onmogelijk de dader van de moord zijn.
Op het lichaam van het slachtoffer werden sporen van de dader aangetroffen. Het DNA-materiaal van de verdachte, dat met spoed werd onderzocht bij het Gerechtelijk Laboratorium in Rijswijk, blijkt geheel af te wijken van de gevonden sporen.
Inclusief de Irakees heeft justitie inmiddels vijf verdachten aangehouden, die elk werden vrijgelaten na DNA-onderzoek. Zonder die DNA-onderzoeken waren volgens justitie één of meerdere verdachten voor de rechter gebracht. Ook van vijftien andere personen is celmateriaal onderzocht, waarna ook zij konden worden uitgesloten.
Justitie is weer terug bij af. Er is momenteel geen enkele concrete verdachte. Er wordt overwogen een grootschalig DNA-onderzoek in de Friese streek waar het slachtoffer is gevonden te houden. Hier zou dan vrijwillig aan meegewerkt moeten worden. De vraag is momenteel of zo een grootschalig project resultaat op zal geven. Binnenkort valt de beslissing.
Dagelijks lezen we erover in de krant. Misdadigers kunnen door hun DNA profiel worden aangewezen als de schuldige of hun onschuld kan worden bewezen. Dit bewijs is onmiskenbaar. Niemand twijfelt eraan.
DNA profielen worden niet alleen gebruikt voor het identificeren van misdadigers. Voor het vaststellen van het ouderschap bij kinderen is het ook van belang. Hoe het komt dat het DNA van iedereen zo verschillend is en hoe een DNA profiel wordt verkregen wordt in deze tekst uitgelegd.
In bijna iedere cel van ons lichaam zit het: DNA. Al die cellen die ons lichaam rijk is, hebben nagenoeg hetzelfde DNA. Dit DNA hebben we van onze ouders geërfd: de helft van vader en de andere helft van moeder. Voordat er in kan worden gegaan op het maken van een DNA profiel of 'fingerprint' is het van belang iets meer over DNA te weten.
De letters DNA staan voor deoxyribo-nucleic-acid. DNA is een aaneenkoppeling van vier verschillende stoffen, basen genoemd. De vier basen zijn:
Deze vier basen vormen een code, een soort geheimtaal, geschreven in de hierboven genoemde vier letters. De code van het DNA bevat alle informatie die de cellen nodig hebben om een heel mens te vormen en alle functies van het lichaam goed te laten verlopen.
De basen van het DNA zijn als het ware vier puzzelstukjes die met de zijkanten aan elkaar zijn verbonden (figuur 1). Zoals je misschien al hebt moeten leren bestaat het DNA in onze cellen uit dubbelstrengs DNA. Dit zijn twee strengen DNA die tegenover elkaar liggen. De strengen liggen als puzzels aan elkaar vast. Tegenover iedere A in de ene streng DNA ligt een T in de tegenovergestelde of complementaire streng DNA en tegenover een C ligt een G (figuur 2).
Figuur 2: DNA is dubbelstrengs. De twee strengen liggen tegenover elkaar en de basenvolgorde is complementair. Tegenover een Adenine (A) ligt een Thymine (T) en tegenover een Guanine (G) ligt een Cytosine (C).
1. A T G C T T G C A G C
2. T A G G C C A T T A C
3. C A T G T C T A T G C
De volgorde van de basen in het DNA is van belang voor de informatie die in het DNA ligt opgeslagen. Dit wordt de erfelijke informatie genoemd. In de erfelijke informatie ligt alle informatie van een persoon opgeslagen zoals de kleur van het haar en de ogen, maar ook de lengte van een persoon. Deze informatie ligt opgeslagen in stukjes van het DNA die we genen noemen. De genen coderen voor eiwitten. Eiwitten zijn de stoffen die alle processen in ons lichaam regelen. Eiwitten zijn als het ware machines in ons lichaam die in ons lichaam hun werk doen.
Niet al het DNA codeert voor een eigenschap of functie van je lichaam. Er zijn ook grote stukken DNA die (voor zover we weten) geen informatie bevatten. Er is misschien wel meer DNA dat niet voor een eiwit codeert in onze cellen dan DNA dat wel voor eiwitten codeert. Omdat deze stukken niet coderen voor eigenschappen, kunnen er veel veranderingen in ontstaan zonder dat dat gevolgen heeft voor de ontwikkeling en het functioneren van een mens.
Als er een verandering in het DNA ontstaat noemen we dat een mutatie. In de evolutie zijn er heel veel mutaties in die niet coderende stukken DNA opgetreden. Veel van dat soort mutaties zijn maar heel klein, bijvoorbeeld een puntmutatie. Bij een puntmutatie verandert één base in het DNA in een andere (figuur 3). Omdat de mutatie is ontstaan in niet coderende stukken van het DNA heeft het op het individu geen gevolgen.
Door mutaties kan het ook zijn dat een groot deel van het DNA verdwijnt (figuur 3). Dit heet dan een deletie. Meestal is dit een gevolg van een breuk in het DNA. Als het DNA dan niet correct hersteld wordt, verdwijnen er een aantal basen uit het DNA. In figuur 3 is een deletie van vier basenparen getekend. In het DNA kunnen veel grotere deleties voorkomen, van wel honderd of zelfs duizend basenparen. Daardoor kan de totale lengte van het DNA tussen personen enorm verschillen.
Een derde vorm van mutaties is een duplicatie (figuur 3). Hierbij wordt, in tegenstelling met een deletie, een stukje DNA toegevoegd. Meestal gebeurt dit, doordat bij de replicatie (vermeerdering) van het DNA er een stukje twee keer wordt overgeschreven in plaats van één keer. Er kan een duplicatie van slechts enkele baseparen plaatsvinden, maar ook van duizend of meer baseparen.
Figuur 3: Drie verschillende soorten mutaties aan het DNA. Eerst een puntmutatie waarbij één base verandert in een andere (van A naar G) en de complementaire streng verandert mee. De tweede soort mutatie is een deletie van vier baseparen. De vier basen komen na de deletie niet meer voor. Geheel rechts staat de duplicatie. Drie baseparen worden verdubbeld, zodat na duplicatie deze drie baseparen twee keer voorkomen in plaats van één keer.
ATGATGATTCGATGCGTGA
Bekijk de strengen 1 t/m 4 hieronder. Wat voor soort mutaties zijn hier opgetreden?
1. ATGCTGATTCGATGCGTGA
2. ATGATGATACGATGCGTGA
3. ATGATGATGCGTGATGCAT
4. GATGATTCGAAGCGTGATG
5. ATGATGATTATTTCGATGC
6. ATGATTCGTTGCGTGATCG
Extra opdracht: Wat is er in de volgende strengen gebeurd?
1. ATGCTTAGTAGATGCGTGA
2. ATGATGATTCGCGTAGTGA
Doordat er in de miljoenen jaren van de evolutie veel mutaties zijn ontstaan, en die mutaties weer zijn doorgegeven aan de volgende generatie, waar weer nieuwe mutaties konden ontstaan, is het DNA in ieder individu anders. Daarbij speelt ook nog mee dat je van beide ouders een andere helft DNA krijgt, met weer andere mutaties. Zo komt het dat het DNA dat niet voor genen codeert tussen personen veel verschilt. In dit niet coderende DNA hebben dus de meeste mutaties kunnen plaatsvinden.
Al in 1980 toonde de onderzoekers Wyman en White aan dat het niet coderende DNA daadwerkelijk sterk in lengte en code kan variëren tussen verschillende individuen. Het duurde tot 1985 voordat die variatie ook daadwerkelijk kon worden gebruikt voor identificatie. Daartoe ontwikkelde professor Alec Jeffreys uit Engeland een nieuwe techniek. Bij deze techniek wordt eerst uit willekeurige cellen het DNA geïsoleerd.
Figuur 4: Het dubbelstrengs DNA wordt eerst uit elkaar gehaald. Bij de twee strengen enkelstrengs DNA worden nu losse basen toegevoegd. Deze gaan, door tussenkomst van een enzym, aan de enkele strengen zitten. Zo ontstaat nieuw dubbelstrengs DNA.
Het DNA dat uit de cellen is geïsoleerd, is niet zo veel. Dit kan op twee manieren worden opgelost. Ten eerste kunnen er meer cellen voor de isolatie van DNA worden gebruikt. Daarnaast kan ook het DNA voor gebruik worden vermeerderd. De twee strengen DNA van het dubbelstrengs DNA worden dan uit elkaar gehaald en beide strengen worden dan met nieuwe basen opgevuld zodat ze weer dubbelstrengs worden (figuur 4).
Het DNA wordt vervolgens in stukken geknipt. Hier ligt het specifieke deel van de techniek. Dit knippen van het DNA gebeurt met speciale enzymen, restrictie-enzymen. Deze enzymen herkennen een specifieke baseparen-volgorde (ook wel sequentie genoemd), bijvoorbeeld ATTA. De techniek staat ook in figuur 5. Als een enzym zijn specifieke sequentie herkent, plakt hij hieraan vast en knipt het DNA op die plaats. Op deze manier kan al het DNA in vele stukken worden geknipt.
Figuur 5: Uit een cel wordt al het DNA geknipt. Met behulp van een speciaal enzym wordt het DNA geknipt. Dit enzym herkent specifiek de sequentie CGTGC en knipt in die sequentie. Op deze manier worden er meerdere stukken DNA gekregen (in dit plaatje maar twee stukken, als er meerdere knipplaatsen zijn meer).
Al deze stukken worden dan op een gel geplaatst (figuur 6). Deze gel is zo gemaakt dat de DNA-fragmenten er door heen kunnen lopen naar de andere kant. Daarvoor wordt op de gel een stroom aangesloten. De DNA-fragmenten lopen door de gel omdat ze negatief geladen zijn. De kortste fragmenten zullen het snelst door de gel heen lopen en de langste fragmenten gaan juist langzaam. Als de fragmenten een eind over de gel zijn gelopen, wordt de stroom eraf gehaald en wordt er een foto van de gel gemaakt (figuur 6). Op de foto zijn dan de verschillende fragmenten te zien in volgorde van lengte. Door het patroon van het DNA uit de ene cel te vergelijken met het patroon uit andere cellen kan worden vastgesteld welke cellen van dezelfde eigenaar zijn. Zo een patroon wordt ook wel de DNA-streepjescode genoemd.
Hoeveel zekerheid geeft de DNA-identificatie precies? Honderd procent zekerheid kan je nooit krijgen. De zekerheid van het DNA-profiel is afhankelijk van de hoeveelheid DNA die je gebruikt en de hoeveelheid verschillende enzymen. Momenteel is het mogelijk om veel DNA tegelijk te testen met veel verschillened enzymen. Hierdoor is de kans één op tien miljoen dat de met DNA-identificatie aangewezen persoon niet de juiste is. Die kans is dus heel erg klein.
Iedere cel in ons lichaam bevat DNA. Dit DNA is in iedere cel van één lichaam precies hetzelfde. Van het DNA kan een DNA-profiel gemaakt worden. Dit wordt gedaan door het DNA te knippen met restrictie-enzymen. Als de geknipte stukken op een gel worden geplaatst onder stroom, ontstaat er een DNA-profiel. Door DNA-profielen te vergelijken kunnen ze gebruikt worden voor identificatie van misdadigers maar ook voor het bepalen van het ouderschap bij kinderen. Een identificatie door middel van DNA geeft een hele hoge zekerheid. De techniek van DNA-identificatie heeft de opsporing van misdadigers enorm vereenvoudigd. Hierbij is bewezen dat de wetenschap van groot maatschappelijk belang kan zijn.
1. Leg in eigen woorden de technieken om meer DNA te verkrijgen uit.
2. Is gehele DNA-identificatie mogelijk als er op een plaats van misdrijf sperma is gevonden? Leg dit uit.
3. Leg kort in eigen woorden de werking van restrictie-enzymen uit.
4. Olga weet niet wie haar vader is. In een laboratorium is onderzoek gedaan naar wie de vader van Olga is. De gemaakte gel is afgebeeld in figuur 7. Links is het DNA profiel van de moeder van Olga getekend, daarnaast Olga's profiel, gevoldg door het profiel van vier mogelijke vaders. Wie is de vader van Olga en waarom?
Figuur 7: De gel uit het laboratorium met de DNA-profielen. Nummer 1 is het profiel van de moeder van Olga, nummer 2 is van Olga en nummer 3 tot en met 6 zijn de profielen van de mogelijke vaders.
5. Het maken van een DNA profiel neemt niet heel veel tijd in beslag. Er is nu ook een discussie gaande. Er zijn mensen die vinden dat er van alle mensen in ons land een DNA patroon gemaakt moet worden, gelijk bij de geboorte. Anderen zijn het hier helemaal niet mee eens. De tegenstanders beweren dat je iemand niet al bij zijn geboorte mag confronteren met afwijkingen die in het DNA zichtbaar zijn, de erfelijke ziektes. Waarom klopt deze redenering niet? Ben jij voor of tegen het maken van een DNA-profiel van ieder mens en waarom?
6. In het krantenartikel aan het begin van deze tekst wordt gesproken over een grootschalig DNA-onderzoek. Leg uit wat hiermee bedoeld wordt. Zou jij hiervoor kiezen als jij justitie moest adviseren?
De hierboven staande tekst gaat over de techniek van 'DNA-fingerprint' en is geschreven voor leerlingen van de bovenbouw. In principe kan de tekst twee lesuren beslaan. De tekst zou gebruikt kunnen worden als aanvulling op de stof over DNA. Omdat dit onderwerp zowel bij Biologie als bij Algemene Natuurwetenschappen wordt behandeld, kan de tekst voor beide vakken worden gebruikt.
De tekst begint met een kort artikel over DNA-identificatie. Dit was op het moment dat deze tekst werd geschreven een recent artikel. Als u deze tekst gebruikt zou u het artikeltje kunnen vervangen door een recenter krantenartikel.
De tekst is zo opgebouwd, dat de tekst en de vragen individueel door de leerlingen kan worden doorgewerkt. De laatste twee vragen (buiten de tekst) zouden eventueel in een discussie of rollenspel kunnen worden verwerkt. Bij de vraag over het maken van een profiel van alle mensen (vraag 5) kan de groep worden verdeeld in twee even grote groepen. Eén groep wordt voor het maken van een profiel van alle mensen en één groep tegen deze DNA-profielen. Beide groepen moeten voor het gekregen standpunt argumenten bedenken. Hierna kan er een discussie worden gevoerd tussen de beide groepen. Hetzelfde kan worden gedaan met vraag 6. De twee groepen vormen dan een partij tegen een grootschalig DNA-onderzoek terwijl de andere groep voor is.
Hieronder volgen de antwoorden op de vragen en opdrachten in en na de tekst. Daarnaast staan er een aantal vragen die na 14 dagen gemaakt kunnen worden.
Opdracht 1:
1. TACGAACGTCG
2. ATCCGGTAATG
3. GTACAGATACG
Vraag 1: er kunnen meer veranderingen in het niet coderende deel van het DNA ontstaan omdat dit niet voor een functie codeert. Als er een mutatie ontstaat in een coderend deel hoeft het DNA niet te leiden tot een goed functionerende mens en zal de mutatie niet doorgegeven worden. De verandering sterft dus uit en houdt geen stand.
Opdracht 2:
1. Puntmutatie van A naar C
2. Puntmutatie van T naar A
3. Deletie van TCGAT
4. Deletie van AT
5. Verdubbeling van ATT
6. Deletie van ATG en een puntmutatie van A naar T
Extra opdracht: beide strengen hebben een inversie: een deel van het DNA zit omgekeerd in de streng.
Vraag 2: Twee zussen zullen NIET hetzelfde DNA hebben. Eén zus krijgt een ander deel van moeder dan de andere zus. Ook van vaders DNA zullen ze beiden een ander deel krijgen. Gemiddeld zullen twee zussen ongeveer 25% van hun DNA gelijk hebben.
Vraag 3: Van Rode bloedcellen kan geen DNA-profiel worden gemaakt. Rode bloedcellen bevatten namelijk geen kern en dus geen DNA.
Vraag 4: De profielen 1 en 3 zijn gelijk aan elkaar.
Vraag 5: Als twee verdachten familie zijn, kunnen hun DNA-profielen veel op elkaar lijken, teveel om met zekerheid de dader aan te wijzen. Als ze een eeneiige tweeling zijn is hun DNA zelfs identiek.
Vraag 1: Om DNA te verdubbelen moeten de twee strengen DNA uit elkaar gehaald worden. Dan worden losse base aan de enkele strengen toegevoegd. Doordat de basen conplementair (passen op) de basen van de enkele strengen, plakken de basen aan de enkele strengen en wordt weer dubbelstrengs DNA gevormd en is de hoeveelheid DNA verdubbeld.
Vraag 2: Sperma bevat maar de helft van het DNA van een man. Als er veel sperma is gevonden is de kans groot dat het hele DNA vertegenwoordigd is. Dan kan er gewoon identificatie plaatsvinden. Is er weinig, dan kunnen delen van het DNA niet aanwezig zijn en is de identificatie niet compleet.
Vraag 3: Restrictie-enzymen herkennen een specifiek deel van het DNA. Ze plaatsen zich op het DNA en knippen het daar in twee stukken.
Vraag 4: Nummer 4 is Olga's vader. De banden die Olga niet van haar moeder had, zitten allemaal in het profiel van nummer 4.
Vraag 5: Een DNA-profiel wordt gemaakt van het NIET-coderende deel van het DNA. Hierin ligt dus niet de informatie over erfelijke ziektes.
Vraag 6: Bij een grootschalig DNA-onderzoek wordt van zoveel mogelijk mensen (vrijwilligers) uit een bepaald gebied celmateriaal afgenomen en vergeleken met het bij het slachtoffer gevonden materiaal om zo de dader te achterhalen.
1. Waarvoor kan DNA-identificatie gebruikt worden?
Voor het opsporen van misdadigers, voor het identificeren van slachtoffers en voor het vaststellen van ouderschap bij kinderen.
2. Teken en leg uit hoe DNA-identificatie verloopt.
Hierbij is het antwoord een tekening als figuur 5 met uitleg als bij deze figuur gegeven staat. Hierbij hoort nog een zin over het scheiden van de DNA-fragmenten op een gel.
3. Waarom zegt een DNA-profiel niets over eventuele erfelijke ziektes bij een persoon? Het profiel wordt gemaakt van niet-coderend DNA. Hierin ligt niets opgeslagen over erfelijke ziektes.