Tùy thuộc vào vùng trình tự hay locus được khảo sát, hồ sơ DNA trong pháp y được chia thành 2 nhóm chính: Hồ sơ DNA trong nhân và Hồ sơ DNA ty thể.Hồ sơ DNA ty thể là hồ sơ mô tả đặc tí
TỔNG QUAN VỀ HỒ SƠ ADN TY THỂ
Khái niệm ADN, ADN ty thể
Tất cả các tế bào trong cơ thể chúng ta đều chứa một loại cơ chất hóa học quan trọng được gọi là ADN, hay axit deoxyribonucleic ADN chứa thông tin cần thiết để xác định các đặc điểm vật lý của chúng ta và nhiều thuộc tính khác, giống như một "chương trình máy tính" hướng dẫn việc tổ hợp các phân tử và cấu trúc trong tế bào Toàn bộ các hướng dẫn này, tức là toàn bộ ADN trong một tế bào, là đầy đủ để tạo ra một sinh vật và được gọi chung là bộ gen của nó Bởi vì ADN hiện diện trong nhân của tế bào, nó thường được gọi là ADN nhân (nuclear DNA hay nDNA) Một số ADN ngoại nhân tồn tại trong ty thể (là nơi cung cấp năng lượng của tế bào), được gọi là ADN ty thể (mitochondrial DNA hay mtDNA).
DNA là nguyên liệu di truyền quan trọng trong tất cả các tế bào sống, chứa thông tin cần thiết để xây dựng và duy trì cuộc sống ADN được mô tả như một bản thiết kế di truyền, lưu trữ thông tin theo thứ tự của các nucleotid, genes và nhiễm sắc thể Nó tồn tại trong mọi tế bào có nhân của cơ thể, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sao chép và truyền lại các thuộc tính di truyền cho thế hệ kế tiếp.
Axit nucleic trong tế bào tồn tại dưới hai dạng: axit deoxyribonucleic (ADN) và axit ribonucleic (ARN) Khoảng 90% acid nucleic trong tế bào là ARN, phần còn lại là ADN 1 Đơn phân tạo nên ADN là nucleotit được cấu thành từ 3 phần: một nucleobase, một gốc đường và một gốc phosphate (hình 1.1a) Các nucleotit giống nhau ở khung đường và phosphate, khác nhau ở nucleobase (hay base) nên tên của nucleotit cũng chính là tên của base mà nó mang Có bốn loại base là Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) vàThymin (T) (hình1.1b) 1
Hình 1.1 Cấu trúc đơn phân nucleotide (a) và nucleobase (b) 1
Các tổ hợp khác nhau của 4 loại base tạo nên sự khác biệt đa dạng sinh học giữa cá thể người và toàn bộ sinh vật sống Con người có khoảng 3 tỷ vị trí nucleotit trên ADN bộ gen Do đó, với 4 loại nucleotit (A, T, G và C) ở mỗi vị trí, sẽ có hàng nghìn tỷ tổ hợp.Nội dung thông tin của ADN được mã hóa trong trình tự của các base giống như việc máy tính lưu trữ thông tin nhị phân dạng chuỗi gồm 1 và 0 1
Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của acid nucleic: khung đường phosphate với các base tách ra từ phân tử đường (a) và cấu trúc hóa học của phân tử đường và gốc phosphate
Việc định hướng ADN khi liệt kê trình tự nucleotit bằng cách đánh dấu đầu 5’ và 3’ Cách đánh số này dựa vào vị trí của nguyên tử C trong phân tử đường deoxy liên kết với gốc phosphate (hình 1.2) Một trình tự thông thường được đọc theo chiều 5’ đến 3’. Các ADN polymerase, enzyme sao chép ADN, chỉ kéo dài trình tự ADN theo chiều 5’ sang 3’ (giống như khi ta đọc từ và câu từ trái sang phải) 1
Phân tử ADN gồm hai mạch đơn liên kết với nhau thông qua quá trình lai hóa (hydbridization) theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 liên kết hydro, G liên kết với C bằng 3 liên kết hydro, tạo nên cấu trúc chuỗi xoắn kép (hình 1.3).
Quá trình lai hóa là đặc tính cơ bản của ADN, tuy nhiên liên kết hydro liên kết 2 mạch của phân tử ADN có thể bị phá vỡ bởi nhiệt độ cao (gần sôi), dung dịch muối nhược trương hoặc hóa chất như ure hay formamid Hiện tượng này được gọi là biến tính, quá trình biến tính có thể đảo ngược nếu phân tử ADN bị làm nóng sau đó được vào môi trường lạnh và làm nguội dần.
Hình 1.3 Cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN
Ty thể có nguồn gốc từ khoảng 1,5 tỷ năm trước đến các sinh vật nhân sơ tổ tiên bị các sinh vật nhân chuẩn nguyên thủy nhấn chìm Sự cộng sinh cổ xưa này đã dẫn đến sự hình thành các ty thể, được trang bị bộ gen DNA của riêng chúng Mặc dù có kích thước nhỏ nhưng mtDNA mã hóa các protein thiết yếu quan trọng cho quá trình phosphoryl oxy hóa, quá trình chịu trách nhiệm sản xuất năng lượng trong tế bào.
Ty thể, giống như vi khuẩn ngày nay, thể hiện hành vi năng động được đặc trưng bởi các sự kiện phân hạch và hợp hạch liên tục Bản chất năng động này cho phép ty thể trải qua quá trình đổi mới thường xuyên, giảm thiểu những thay đổi thoái hóa do rối loạn di truyền hoặc tổn thương oxy hóa Với thời gian bán hủy ước tính từ 1 đến 10 ngày, ty thể thích ứng với nhu cầu mô khác nhau, tình trạng dinh dưỡng và yêu cầu trao đổi chất.
Ty thể đóng vai trò then chốt trong chuyển hóa tế bào, sản xuất năng lượng và điều hòa quá trình chết tế bào theo chương trình, được gọi là apoptosis Rối loạn chức năng ty thể có thể dẫn đến nhiều rối loạn khác nhau, bao gồm các bệnh thoái hóa thần kinh, bệnh tim mạch và rối loạn chuyển hóa Các rối loạn ty thể cũng có thể phát sinh từ đột biến gen hạt nhân hoặc kiểu di truyền liên kết với X, thể hiện một bối cảnh lâm sàng phức tạp ảnh hưởng đến các mô phụ thuộc vào quá trình phosphoryl oxy hóa Từ bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber đến bệnh cơ ty thể, những tình trạng này nhấn mạnh sự tương tác quan trọng giữa chức năng của ty thể và sức khỏe tế bào.
DNA ty thể, một bộ gen hình tròn nhỏ gọn nằm trong ty thể, thể hiện những đặc điểm khác biệt khiến nó khác biệt với DNA hạt nhân Không giống như DNA hạt nhân, tồn tại ở hai bản sao trên mỗi tế bào, ty thể chứa hàng trăm bản sao của bộ gen mtDNA.
Sự phong phú này làm tăng khả năng phục hồi DNA thành công từ các mẫu bị xâm phạm,khiến mtDNA trở thành một công cụ có giá trị trong điều tra pháp y, đặc biệt trong các trường hợp liên quan đến vật liệu sinh học bị hư hỏng hoặc bị hạn chế Ngoài ra, DNA hạt nhân được thừa hưởng từ cả bố và mẹ, mtDNA chỉ được di truyền từ mẹ Sự di truyền mtDNA theo dòng dõi của mẹ, với con cái được thừa hưởng mtDNA độc quyền từ mẹ của chúng Kiểu di truyền theo mẹ này cho phép so sánh giữa các họ hàng bên ngoại, bất kể khoảng cách thế hệ, miễn là không có đột biến Khía cạnh độc đáo này của sự kế thừa mtDNA nâng cao tiện ích của nó trong việc xác định những người mất tích, giải quyết các thảm họa hàng loạt và làm sáng tỏ các mối quan hệ gia đình.
Hình 1.4 Phương thức di truyền của ADN trong nhân và ty thể 1
Bảng 1.1 So sánh đặc điểm ADN trong nhân và ADN ty thể 1 Đặc điểm ADN trong nhân ADN ty thể
Kích thước gen ~3,2 triệu bp ~16569 bp
Số lượng bản sao 2 (1 từ mỗi cha/mẹ) Có thể >1000 Chiếm phần trăm so với tổng ADN 99,75% 0,25% mỗi tế bào
Cấu trúc mạch thẳng, đóng gói trong chromosomes mạch vòng
Có nguồn gốc từ Cha và mẹ Mẹ
Nhiễm sắc thể Lưỡng bội Đơn bội
Tái tổ hợp qua các thế hệ Có Không
Tự sửa chữa Có Không Độc nhất cho mỗi cá thể Có (ngoại trừ sinh đôi cùng trứng)
Không (di truyền theo dòng mẹ) Đặc điểm ADN trong nhân ADN ty thể
Tính đột biến Thấp Cao (ít nhất gấp 5-10 lần
Tài liệu tham khảo Mô tả vào 2001 bởi the
Mô tả vào năm 1981 bởi Aderson và cộng sự
Mặc dù có kích thước nhỏ nhưng mtDNA mã hóa các protein cần thiết cho quá trình phosphoryl oxy hóa, khiến nó trở nên quan trọng trong việc sản xuất năng lượng tế bào.
Hồ sơ DNA
Hồ sơ DNA (DNA profile): là bảng con số và/hoặc kí tự thể hiện đặc tính vùng gen khảo sát của riêng một người/một dòng họ.
Tùy thuộc vào vùng trình tự hay locus được khảo sát, hồ sơ DNA trong pháp y được phân thành:
- Hồ sơ DNA trong nhân (nDNA profile hay STR profile): là hồ sơ mô tả đặc trưng của các vùng DNA nằm trên nhiễm sắc thể trong nhân của tế bào:
Hồ sơ DNA trên các nhiễm sắc thể.
Hồ sơ DNA trên nhiễm sắc thể X.
Hồ sơ DNA trên nhiễm sắc thể Y.
- Hồ sơ DNA ty thể: là hồ sơ mô tả đặc tính của vùng DNA siêu biến (vùng điều khiển D-loop) nằm trên ty thể, thường đặc trưng bởi các đa hình đơn nucletotide (SNP) và trong một số trường hợp là các đa hình về chiều dài (length variation) 1
1.2.2 Hồ sơ DNA trong nhân:
Các vùng DNA có các đơn vị lặp lại có chiều dài từ 2 đến 7 base pair (bp) , lặp lại từ 5 đến 30 lần, được gọi là vi vệ tinh, các đoạn lặp trình tự đơn giản (SSR) hoặc thường gọi là các đoạn lặp song song ngắn (STR) STR có thể tìm thấy rải rác trên toàn hệ gen vả xảy ra mỗi 10 4 nucleotit, tuy nhiên thường được tìm thấy quanh tâm động của NST.
Các đặc tính STR giúp cho chúng được ứng dụng rộng rãi trong pháp y:
- Đơn vị lõi lặp lại nhỏ (2 - 7 bp): dễ nhân bản bằng phản ứng PCR mà không bị ảnh nhiều bởi hiệu ứng khuếch đại ưu tiên (do chênh lệch độ dài của 2 alen trong 1 locus không nhiều khi so với VNTR, variable number of tandem repeats).
- Kích thước nhỏ của các alen STR (100 đến 400 bp) so với các alen VNTR (400 đến 1000 bp) làm cho STR là ứng cử viên tốt hơn để sử dụng trong pháp y do sự phổ biến của các mẫu DNA bị thoái hóa Việc khuếch đại PCR các mẫu DNA bị phân hủy có thể được thực hiện tốt hơn với kích thước sản phẩm nhỏ hơn.
- Tính đa hình của các alen giữa các cá thể cao : Cả hai alen của một cá thể dị hợp tử đều có kích thước tương tự nhau do kích thước lặp lại nhỏ Số lần lặp lại trong các dấu STR có thể rất khác nhau giữa các cá thể, điều này làm cho các STR này có hiệu quả cho mục đích nhận dạng con người 1
1.2.3 Hồ sơ ADN trong ty thể
Sự biến đổi trình tự bazơ đơn lẻ giữa các cá thể tại một điểm cụ thể trong bộ gen thường được gọi là đa hình nucleotide đơn, hoặc SNP (phát âm là 'snip') SNP có rất nhiều trong bộ gen của con người và do đó, đang được sử dụng cho các nghiên cứu liên kết để theo dõi các bệnh di truyền Hàng triệu SNP tồn tại trên mỗi cá nhân và do đó, sự phong phú của SNP có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để giúp phân biệt các cá thể với nhau 1 Đa hình nucleotide đơn (SNP) là các biến thể trình tự DNA xảy ra khi một nucleotide đơn trong bộ gen khác nhau ở các nhiễm sắc thể ghép đôi Đa hình nucleotide đơn (SNP) là một dạng biến đổi gen phong phú, được phân biệt với các biến thể hiếm bởi yêu cầu các alen ít phong phú nhất phải có tần số từ 1% trở lên 2
Các SNP được dùng để mô tả đặc điểm vùng trình tự D-loop trong phân tích hồ sơDNA ty thể D-loop bao gồm ba chuỗi DNA Theo trình tự rCRS trong đó mỗi nucleotide được đánh số, vùng kiểm soát hoàn chỉnh nằm giữa các vị trí base pair 16 024 và 576.Hầu hết sự biến đổi trình tự trong bộ gen mtDNA được tìm thấy ở ba khu vực trong vùng kiểm soát, được gọi là vùng siêu biến (HV) Kéo dài từ 16 024 đến 16 365 là vùng HV1, từ 73 đến 340 là HV2 và các vị trí 438 đến 574 là vùng HV3 Có nhiều biến đổi được tìm thấy ở HV1 và HV2 so với HV3, giải thích tại sao hai vùng trước là nhiều nhất các vùng thường được giải trình tự trong phân tích pháp y
DNA ty thể di truyền từ dòng mẹ sao cho mtDNA của một cá nhân giống với mẹ của người đó và giống với những người cùng dòng tộc có chung 1 người bà 3
Hình 1.5 Vùng D-loop trong ADN ty thể 4 Bảng 1.2 Một số phân loại của SNP 5
SNPs nhận dạng (Individual Identification
SNP cung cấp xác suất rất thấp của hai cá thể có cùng kiểu gen đa locus
SNPs dòng dõi (Lineage Informative
Tập hợp các SNP liên kết chặt chẽ có chức năng như các marker đa allele có thể dùng để xác định họ hàng với khả năng cao hơn
Phân loại Đặc điểm so với SNP bi-allele đơn giản SNPs tổ tiên ( Ancestry Informative SNPs
SNP cung cấp khả năng cao là tổ tiên của một cá thể đến từ một nơi trên thế giới hoặc có nguồn gốc từ hai hoặc nhiều khu vực trên thế giới
SNPs kiểu hình (Phenotype Informative
SNP cung cấp khả năng cao rằng cá nhân có các kiểu hình cụ thể, màu mắt cụ thể, v.v.
1.2.4 Vai trò hồ sơ DNA ty thể
Các mẫu DNA cổ hoặc các mẫu đã bị phân hủy nhiều thường không thể lập hồ sơ DNA trong nhân Tuy nhiên, có thể phục hồi thông tin di truyền từ DNA bị hư hỏng do môi trường bằng DNA ty thể (mtDNA) Mặc dù phân tích DNA trong nhân thường có giá trị hơn nhưng kết quả mtDNA vẫn tốt hơn là không có kết quả nào cả 1
Bởi vì mtDNA hiện diện với số lượng bản sao trong tế bào người cao hơn nhiều so với DNA nhân nên xác suất thu được kết quả phân loại từ mtDNA cũng cao hơn, đặc biệt trong trường hợp lượng DNA chiết xuất rất nhỏ, như trong các mô như xương, răng và tóc (ví dụ, khi hài cốt đã khá cũ hoặc bị xuống cấp nặng, thường xương, răng và tóc là những nguồn sinh học duy nhất còn sót lại để lấy mẫu) Bên cạnh đó, mtDNA được di truyền từ mẹ và không chịu hiện tượng tái tổ hợp di truyền nên ứng dụng chính của mtDNA trongPháp y có liên quan đến việc xây dựng lại mối quan hệ di truyền trong trường hợp xác định danh tính người mất tích hoặc điều tra thảm họa lớn 6
Những yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải kết quả của hồ sơ ADN ty thể (mtDNA)
Bộ gen ty thể lần đầu tiên được giải trình tự vào năm 1981 tại phòng thí nghiệm của Frederick Sanger, Cambridge, Anh và trình tự mtDNA tham chiếu được gọi là trình tự tham chiếu Cambridge (Cambridge Reference Sequence - CRS) hay trình tự Anderson (Anderson Sequence) Năm 1999, CRS được phân tích và sửa đổi bởi Andrews và cộng sự và trình tự tham chiếu Cambridge sửa đổi (revised Cambridge Reference Sequence - rCRS) hiện là tiêu chuẩn được chấp nhận để so sánh 1
Thông thường, kết quả trả về sẽ báo cáo về sự thay đổi của mẫu DNA so với đoạn mtDNA tham chiếu (rCRS) Ví dụ: quan sát mẫu DNA thấy nucleotide C tại vị trí 16126 so với vị trí 16126 chứa nucleotide T trong rCRS thì sẽ được báo cáo là 16126C Còn nếu không có biến thể nucleotide nào khác được báo cáo thì được giả định rằng trình tự còn lại của mẫu DNA chứa trình tự giống như rCRS 1
Giải thích kết quả rCRS: sau khi kết quả so sánh mẫu cần tham chiếu và mẫu đã biết thông qua kết quả rCRS được trả về thì sẽ được phân loại thành 3 nhóm chính loại trừ, không kết luận và không thể loại trừ Loại trừ: Nếu kết quả cho thấy có sự khác biệt giữa mẫu cần tìm nguồn gốc và mẫu đã biết từ 2 vị trí trở lên thì ta có thể khẳng định mẫu DNA không phải của người đó hay không có quan hệ huyết thống theo dòng mẹ Không thể kết luận: Nếu sự khác biệt chỉ xảy ra ở một vị trí nucleotide thì kết quả của mẫu DNA sẽ không thể kết luận và cần phải khảo sát thêm để tránh các trường hợp dị thể (một người mang 2 bộ gen ty thể) do tính đa hình cao của mtDNA giữa mẹ và con Không thể loại trừ: Nếu trình tự mẫu DNA có nhiều vị trí nucleotide tương đồng mẫu đã biết hoặc giống với độ dài đoạn HCV2 đã biết thì không thể loại trừ mẫu DNA này có nguồn gốc từ chính người đó hay cùng dòng mẹ, lúc này cần có thống kê ước tính sự tương đồng giữa 2 mẫu DNA 1
Một số vấn đề có thể ảnh hưởng đến kết quả và việc đọc hồ sơ mtDNA:
Định nghĩa: Do tính đa hình cao của mtDNA (tỷ lệ đột biến gấp từ 6 - 17 lần so với DNA trong nhân) nên một cá thể hay một tế bào hay một ty thể có thể có hai hay nhiều mtDNA xuất hiện trong các tế bào 7
Có 3 trường hợp có thể xảy ra: trường hợp 1 một người có hơn 1 type mtDNA trong 1 mô, trường hợp 2 một người có thể mang 1 loại mtDNA ở mô này và 1 loại mtDNA khác ở mô khác và trường hợp 3 một người có dị thể trong mô này nhưng bình thường ở mô khác từ đó làm phức tạp hơn trong việc giải thích kết quả trong hồ sơ mtDNA 7
Dị thể gồm dị thể về trình tự và dị thể về chiều dài Dị thể về chiều dài thường kéo dài ở HV1 ở vị trí 16184 đến 16193 và HV2 ở vị trí 303 đến 310 Dị thể về trình tự thường được phát hiện bởi sự hiện diện của hai nucleotide tại cùng một vị trí, hiển thị dưới dạng các đỉnh chồng lên nhau trong điện di đồ trình tự 7
Hình 1.6 (a) Dị hợp trình tự ở vị trí 16093 sở hữu cả nucleotide C và T so với (b) cùng một vùng (vị trí 16086–16101) trên một mẫu khác chỉ chứa chữ T ở vị trí 16093 7
- Mẫu hỗn hợp (Samples mixtures): thông thường trong pháp y tình trạng mẫu trộn lẫn từ nhiều nguồn sinh học khác nhau dễ gặp phải Nếu tìm thấy ba vị trí trở lên(trong 610 base trong vùng HV1 và HV2) sở hữu nhiều nucleotide tại cùng một vị trí (tức là dị thể trình tự), thì mẫu có thể được coi là một hỗn hợp do bị nhiễm bẩn hoặc từ nguồn nguyên liệu ban đầu.
- Giả gen nhân (Nuclear pseudogenes): hiếm gặp, do sự di chuyển và tích hợp một phần mtDNA vào DNA nhân (Lopez et al 1994) 7
- Khả năng nhận được gen ty thể từ dòng cha: đã có một báo cáo duy nhất được công bố về việc truyền loại mtDNA từ dòng cha sang cơ xương (Schwartz & Vissing 2002) Tuy nhiên, kiểu haplotype của người cha này không được tìm thấy ở bất kỳ mô nào khác Một số nghiên cứu bổ sung với những người mắc bệnh cơ tương tự đã không tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào về việc truyền mtDNA từ người cha (Johns 2003, Filosto và cộng sự 2003, Taylor và cộng sự 2003) 7
- Kích thước và chất lượng cơ sở dữ liệu mtDNA 7
- Dùng trình tự phổ biến để so sánh: Ví dụ, trong cơ sở dữ liệu của FBI về mtDNA của 1655 người da trắng, có 131 người phù hợp với vị trí 263G, 315.1C và 264 người khác chỉ có một điểm khác biệt duy nhất Do đó, 395 người này sẽ không thể bị loại trừ nếu quan sát thấy một mẫu có loại mtDNA phổ biến trên 7
ỨNG DỤNG HỒ SƠ ADN TY THỂ
Công cụ hỗ trợ điều tra tội phạm
Trong những năm gần đây thì việc sử dụng thông tin hồ sơ DNA đã tác động mạnh mẽ đến hệ thống tư pháp hình sự Cơ sở dữ liệu DNA đã cách mạng hóa hệ thống tư pháp hình sự bằng cách cung cấp một công cụ mạnh mẽ để xác định và truy tố tội phạm Bằng cách so sánh hồ sơ DNA từ hiện trường vụ án với hồ sơ trong cơ sở dữ liệu, các nhà điều tra có thể nhanh chóng xác định nghi phạm và loại trừ những người vô tội Điều này đã dẫn đến việc tăng đáng kể tỷ lệ phá án và giảm số vụ án chưa được giải quyết.
Vào 13/10/1998, Cục điều tra Liên bang (FBI) đã cho ra mắt cơ sở dữ liệu DNA toàn Hoa Kỳ, được gọi là Hệ thống Chỉ số DNA Kết hợp (CODIS) CODIS là nơi lưu trữ hồ sơ DNA của những kẻ phạm tội bị kết án, bằng chứng hiện trường vụ án chưa được giải quyết và những người mất tích, đồng thời cho phép các cơ quan thực thi pháp luật so sánh hồ sơ DNA để xác định các kết quả trùng khớp và liên kết tội phạm.
Vụ án "Kẻ ngủ say Grim Sleeper" Đây là một vụ án giết người hàng loạt kéo dài nhiều thập kỷ ở Los Angeles, California Kẻ giết người, Lonnie Franklin Jr., đã giết ít nhất 10 phụ nữ và bé gái từ năm
1985 đến 2007 Vụ án đã được phá vào năm 2010 khi DNA của Franklin được tìm thấy trên một số nạn nhân Trong quá trình điều tra, các nhà điều tra đã sử dụng xét nghiệm DNA gia phả để xác định danh tính của một số nạn nhân Xét nghiệm DNA gia phả là một kỹ thuật sử dụng DNA để tìm ra mối quan hệ giữa các cá nhân Trong trường hợp của vụ án "Kẻ ngủ say Grim Sleeper", các nhà điều tra đã sử dụng xét nghiệm DNA gia phả để xác định danh tính của ba nạn nhân: Janecia Peters, Henrietta Wright và Ayellah Marshall Việc xác định danh tính của những nạn nhân này là một bước đột phá lớn trong vụ án Vụ án "Kẻ ngủ say Grim Sleeper" là một ví dụ về cách xét nghiệm DNA gia phả có thể được sử dụng để giải quyết các vụ án giết người hàng loạt Xét nghiệm DNA gia phả là một công cụ mạnh mẽ có thể giúp các nhà điều tra xác định danh tính của các nạn nhân và đưa những kẻ giết người ra trước công lý 7
Vụ án mạng ở California được phá nhờ hồ sơ DNA
Kristin Denise Smart là một sinh viên năm nhất tại Đại học California, San LuisObispo, vào ngày 25 tháng 5 năm 1996 đã biến mất khỏi khuôn viên trường Đại họcCalifornia, San Luis Obispo Cảnh sát đã tiến hành một cuộc điều tra rộng rãi nhưng không tìm thấy dấu vết nào của cô Năm 2021, cảnh sát đã bắt giữ Paul Flores, một sinh viên từng là người cuối cùng nhìn thấy Smart còn sống Họ đã sử dụng hồ sơ DNA để liên kết nghi phạm Flores với vụ án Hồ sơ DNA được lấy từ một mẫu máu mà Flores đã cung cấp vào năm 2005 Mẫu máu này được so sánh với DNA được tìm thấy trên quần áo củaSmart và trên một chiếc xe hơi mà Flores đã lái vào đêm cô biến mất Kết quả xét nghiệm cho thấy DNA của Flores trùng khớp với DNA được tìm thấy trên quần áo của Smart và trên chiếc xe hơi Điều này là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy Flores đã có liên quan đến vụ mất tích của Smart Vụ án này là một ví dụ về cách hồ sơ DNA có thể được sử dụng để phá án 11
2.3 Xác định quan hệ huyết thống
Việc so sánh các dòng mtDNA giữa các cá nhân còn có thể giúp xác định mối quan hệ họ hàng MtDNA đặc biệt hữu ích trong những trường hợp xác định mối quan hệ huyết thống khi không còn người thân trực hệ Chẳng hạn như trong trường hợp xác định các nạn nhân trong cuộc chiến tranh, các nạn nhân trong các cuộc thiên tai thảm họa, việc không có người thân trực hệ (con cái hoặc cha mẹ) gây khó khăn trong việc xác định mối quan hệ họ hàng bằng nhiễm sắc thể thường STR, tuy nhiên việc này dễ dàng được thực hiện hơn nhờ vào phân tích mtDNA và so sánh với những người họ hàng bên ngoại 12
Xác thực danh tính của Sa hoàng Nicolas Romanov II và gia đình ông
Một nghiên cứu dòng dõi nổi tiếng nhất phân tích mtDNA để truy tìm phả hệ đã được sử dụng thành công để xác thực danh tính của Sa hoàng cuối cùng Nicolas Romanov
II và các thành viên trong gia đình ông
Sa hoàng Romanov II, vợ là Tsarina Alexandra và các con của họ là Maria, Tatiana, Anastasia, Olga và Alexei cùng với ba người hầu và một bác sĩ đã bị giết trong Cách mạng Bolshevik năm 1918 Chín bộ hài cốt được khai quật vào năm 1991 trong một ngôi mộ tập thể với sự nghi ngờ cho rằng họ thuộc về Gia đình Romanov Hài cốt của Tsarina Alexandra và ba người con được xác định bằng cách so sánh trình tự mtDNA với người họ hàng đã biết là Hoàng tử Phillip, Công tước xứ Edenburg
Về việc xác định hài cốt của Sa hoàng Nicholas II, (Gill và cộng sự 1994) và (Ivanov và cộng sự 1996) đã so sánh trình tự các đoạn HV1 và HV2 của mtDNA thu được từ xương được cho là của Sa hoàng với trình tự của những người họ hàng bên ngoại còn sống là nữ Bá tước Xenia Cheremeteff-Sfiri và Công tước xứ Fife Kết quả cho thấy rằng các trình tự này rất giống nhau, chứng thực cho giả thuyết rằng bộ hài cốt tìm được là của Sa hoàng Nicholas II.
Hài cốt của hai đứa trẻ được khai quật vào năm 2007, được cho là của hai đứa con của Sa hoàng, Anastasia (nữ, 18–23 tuổi) và Alexei (nam, 10-14 tuổi), đã được phân tích trình tự mtDNA và so sánh với trình tự mtDNA được tạo ra từ hài cốt của Alexandra và ba cô con gái
Chính những điều trên đã cho thấy trình tự mtDNA đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định dòng họ Romanov 13-15
Nhận dạng và xác định mối quan hệ huyết thống giữa 2 xác ướp cổ đại
Bí ẩn 111 năm về mối quan hệ huyết thống giữa xác ướp hoàng gia gần đây đã được giải mã bằng cách sử dụng trình tự DNA ty thể Năm 1907, hai xác ướp khoảng
4000 năm tuổi Nakht-Ankh và Khnum-Nakht được tìm thấy ở phía nam Cairo, Ai Cập. Mặc dù những dòng chữ khắc trên quan tài của họ chỉ ra rằng Nakht-Ankh và Khnum- Nakht là anh em, nhưng khi các xác ướp được mở ra vào năm 1908, hình thái bộ xương được phát hiện khá khác nhau, kết quả giải phẫu và sắc tố da của những xác ướp này kết luận rằng chúng có vẻ không có quan hệ huyết thống Tuy nhiên, việc theo dõi mtDNA và DNA nhiễm sắc thể Y của họ sau đó cho thấy hai xác ướp có cùng mẹ nhưng khác cha Vì vậy, hai xác ướp này không phải là anh em ruột mà là anh em cùng mẹ khác cha 16
2.4 Xác định danh tính của các binh sĩ trong thảm họa chiến tranh
Phân tích trình tự axit deoxyribonucleic (DNA) của vùng kiểm soát của bộ gen DNA ty thể (mtDNA) đã được sử dụng để xác định hài cốt của con người được chính phủ Việt Nam trả lại cho chính phủ Hoa Kỳ vào năm 1984 Các phương pháp gắn DNA sử dụng DNA bộ gen hạt nhân, HLA-DQ alpha và số lượng biến đổi của locus lặp lại song song (VNTR) D1S80, đã không thành công khi sử dụng phản ứng chuỗi polymerase (PCR) Quá trình khuếch đại một phần của vùng kiểm soát mtDNA đã được thực hiện và sản phẩm PCR thu được sẽ được phân tích trình tự DNA Trình tự DNA được tạo ra từ bộ xương giống hệt với trình tự tham chiếu của mẹ, cũng như trình tự được tạo ra từ hai anh chị em ruột (chị em gái) Trình tự này là duy nhất khi so sánh với hơn 650 trình tự DNA được tìm thấy cả trong tài liệu và thông tin cá nhân được cung cấp Các dạng đa hình trình tự riêng lẻ chỉ xuất hiện ở 23 trong số hơn 1300 vị trí nucleotide được phân tích Những kết quả này hỗ trợ quan sát rằng trong trường hợp không thể gắn DNA thông thường,trình tự mtDNA có thể được sử dụng để nhận dạng hài cốt của con người 17
Xác định hài cốt từ ngôi mộ của người lính vô danh
Ngày 30 tháng 6 năm 1998, Bộ trưởng Quốc phòng Hoa Kỳ William Cohen công bố với thế giới rằng công nghệ DNA đã được dùng để nhận dạng Vietnam Unknown trong Lăng mộ Người lính vô danh nằm ở Nghĩa trang Quốc gia Arlington Hài cốt của Thiếu úy Michael J. Blassie, Lực lượng Không quân Hoa Kỳ, được xác định thông qua việc sử dụng DNA ty thể Một sự trùng khớp chính xác trên 610 nucleotide của vùng kiểm soát mtDNA đa hình đã thu được giữa Jean Blassie, mẹ của Michael và một mẫu được chiết xuất từ những mảnh xương được lấy ra từ Lăng mộ của Người lính vô danh
Trong suốt tháng 6 năm 1998, thông tin trình tự mtDNA đã được phục hồi từ vật liệu xương (xương chậu) và được phân tích bởi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm nhận dạngDNA của Lực lượng Vũ trang (AFDIL) đặt tại Rockville,Maryland Nội dung trình tự mtDNA từ các vị trí 16.024 đến 16.365 (HVI) và các vị trí 73 đến 340 (HVII) trên vùng kiểm soát đa hình đã được đánh giá Người ta chỉ quan sát thấy sự trùng khớp hoàn toàn giữa Jean Blassie (mẹ củaMichael) và bộ xương được khai quật từ Lăng mộ của Người lính vô danh Vì nhận dạng tích cực này, gia đình Blassies được phép chôn cất hài cốt của Trung úy Blassie tại Nghĩa trang Quốc giaDoanh trại Jefferson nằm ở St Louis, Missouri Buổi lễ này được tiến hành vào ngày 11 tháng 7 năm 1998 và kết thúc sự việc của gia đình Blassie 18
Xác định danh tính của các binh sĩ trong thảm họa chiến tranh
Tóm lại, việc lập hồ sơ DNA ty thể (mtDNA) đã cách mạng hóa bối cảnh của khoa học pháp y, mang đến những hiểu biết sâu sắc chưa từng có về nhận dạng con người, phân tích quan hệ họ hàng và truy tìm tổ tiên Các đặc điểm độc đáo của nó, chẳng hạn như sự di truyền từ mẹ và số lượng bản sao cao trên mỗi tế bào, khiến nó đặc biệt có giá trị trong trường hợp phân tích DNA hạt nhân truyền thống có thể không đủ.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của việc lập hồ sơ mtDNA trong pháp y là xác định người mất tích và hài cốt chưa xác định danh tính Bằng cách so sánh trình tự mtDNA từ các mẫu này với trình tự của những người họ hàng tiềm năng hoặc các mẫu tham chiếu đã biết, các nhà khoa học pháp y có thể thiết lập mối quan hệ gia đình, ngay cả trong trường hợp DNA hạt nhân bị thoái hóa hoặc không có sẵn Điều này đã được chứng minh là rất quan trọng trong việc giải quyết các trường hợp người mất tích kéo dài và mang lại sự kết thúc cho các gia đình.
Hơn nữa, hồ sơ mtDNA đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định mối quan hệ họ hàng và gia đình trong các cuộc điều tra pháp y Trong trường hợp xét nghiệm quan hệ cha con hoặc thai sản truyền thống không khả thi hoặc không có kết luận, phân tích mtDNA có thể cung cấp thông tin bổ sung để giúp xác nhận hoặc loại trừ các mối liên hệ gia đình Điều này có ý nghĩa quan trọng trong các thủ tục pháp lý như tranh chấp thừa kế và các vụ án về quyền nuôi con.
Ngoài ra, việc lập hồ sơ mtDNA ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các nghiên cứu truy tìm nguồn gốc tổ tiên và di truyền quần thể Bằng cách phân tích các nhóm đơn bội và các kiểu đơn bội mtDNA, các nhà nghiên cứu có thể tái tạo lại các cuộc di cư và lịch sử dân số cổ xưa của con người, làm sáng tỏ di sản di truyền chung của chúng ta Điều này không chỉ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về quá trình tiến hóa của loài người mà còn có những ứng dụng thực tế trong công việc pháp y, đặc biệt là trong các trường hợp liên quan đến các cá nhân có tổ tiên đa dạng hoặc lai tạp.
Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng việc lập hồ sơ mtDNA cũng đặt ra những thách thức và hạn chế Các vấn đề như dị hợp tử, trong đó nhiều biến thể DNA ty thể cùng tồn