DNA Fingerprinting: Grundlagen und Techniken des DNA Fingerprinting

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über das DNA-Fingerprinting zu erfahren: Prinzipien und Techniken des DNA-Fingerprintings

Historischer Aspekt:

Das Studium der Finger-, Handflächen- und Sohlenabdrücke nennt man Dermatoglyphen.

Bild mit freundlicher Genehmigung: www2.wmin.ac.uk/~redwayk/lectures/images/DNA_fingerprinting_01.jpg

Es ist ein Thema von menschlichem Interesse seit primitiven Zeiten, als der Mensch mit Hilfe der Fußabdrücke von Tieren nach Nahrung suchte. Die Wissenschaft des Fingerabdrucks wurde erstmals 1858 von Sir William Herschel als Identifikationsmethode verwendet. In Indien wurde die Wissenschaft der Fingerabdrücke zufällig während einer Mordermittlung in Jalpaiguri im Jahr 1897 entdeckt.

Alec Jeffreys (1984) erfand die DNA-Fingerprinting-Technik an der Leicester University, Großbritannien. Dr. VK Kashyap und Dr. Lalji Singh starteten die DNA-Fingerprinting-Technologie in Indien am CCMB (Zentrum für Zell- und Molekularbiologie) in Hyderabad.

Was ist DNA-Fingerprinting?

DNA-Fingerprinting (auch als DNA-Typisierung oder DNA-Profiling bezeichnet). Es ist eine Technik zur Bestimmung von Nukleotidsequenzen bestimmter DNA-Bereiche, die für jedes Individuum einzigartig sind. Jede Person hat einen eindeutigen DNA-Fingerabdruck.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Fingerabdruck, der nur an den Fingerspitzen vorkommt und durch eine Operation verändert werden kann, ist der DNA-Fingerabdruck für jede Zelle, jedes Gewebe und jedes Organ eines Menschen gleich. Sie kann durch keine bekannte Behandlung geändert werden. Der ideale Weg, um ein Individuum zu unterscheiden - von anderen Menschen wäre seine gesamte genomische DNA-Sequenz.

Prinzip des DNA-Fingerprintings:

Durch ihre Unterschiede bieten etwa 0, 1% oder 3 x 10 6 Basenpaare (von 3 x 10 9 bp) jedem Menschen Individualität. Das menschliche Genom besitzt zahlreiche kleine, nicht kodierende, aber vererbbare Basensequenzen, die sich viele Male wiederholen. Diese Sequenzen treten in der Nähe von Telomeren, Zentromeren, Y-Chromosomen und heterochromatischen Bereichen auf. Der Bereich mit der gleichen Basensequenz, der mehrmals wiederholt wird, wird als repetitive DNA bezeichnet.

Sie können während der Dichtegradientenzentrifugation als Satellit von der Bulk-DNA getrennt und daher als Satelliten-DNA bezeichnet werden. In der Satelliten-DNA ist die Wiederholung der Basen im Tandem. Satelliten-DNAs haben je nach Länge, Basenzusammensetzung und Anzahl der Tandemly-Repetitive-Einheiten Unterkategorien wie Mikrosatelliten und Minisatelliten. Satelliten-DNAs zeigen Polymorphie. Der Begriff Polymorphismus wird verwendet, wenn eine Variante an einem Ort mit einer Häufigkeit von mehr als 0, 01 Population vorliegt.

Variationen treten aufgrund von Mutationen auf. Während Mutationen in Genen Allele mit unterschiedlichen Ausdrücken erzeugen, haben Mutationen in nichtkodierender repetitiver DNA keine unmittelbare Auswirkung.

Diese Mutationen in den nichtkodierenden Sequenzen haben sich mit der Zeit angehäuft und bilden die Grundlage für den DNA-Polymorphismus (Variationen auf genetischer Ebene entstehen aufgrund von Mutationen). DNA-Polymorphismus ist die Basis für die genetische Kartierung des menschlichen Genoms sowie für den DNA-Fingerprint.

Kurze Nukleotidwiederholungen in der DNA sind bei jedem Individuum sehr spezifisch und variieren
Nummer von Person zu Person, aber vererbt. Dies sind die 'Variable Number Tandem Repeats' (VNTRs). Diese werden auch als Minisatelliten bezeichnet. Jeder Einzelne erbt diese Wiederholungen von seinen Eltern, die als genetische Marker in einem persönlichen Identitätstest verwendet werden.

Zum Beispiel (Abb. 6.39) erbt ein Kind ein Chromosom mit sechs Tandemwiederholungen von der Mutter und das gleiche Tandem, das viermal im homologen Chromosom des Vaters vererbt wird. Eine Hälfte der VNTR-Allele des Kindes ähnelt der der Mutter und die andere Hälfte der des Vaters.

Technik für das DNA-Fingerprinting (Abb. 6.40):

(i) Die DNA wird aus den Kernen von weißen Blutkörperchen oder aus Spermatozoen oder aus den Haarfollikelzellen gewonnen, die an den Wurzeln von herabgefallenem oder herausgezogenem Haar haften.

(ii) Die DNA-Moleküle werden zuerst mit Hilfe der Enzymrestriktionsendonuklease (chemisches Messer) gebrochen, die sie in Fragmente zerlegt. Die DNA-Fragmente enthalten auch die VNTRs.

(iii) Die Fragmente werden durch Gelelektrophorese nach Größe getrennt.

(iv) Fragmente einer bestimmten Größe mit VNTRs werden durch PCR-Technik multipliziert. Sie werden mit alkalischen Chemikalien behandelt, um sie in einzelsträngige DNAs aufzuspalten.

(v) Die getrennten Fragmente einzelsträngiger DNA werden auf eine Nylonmembran übertragen.

(vi) Radioaktive DNA-Sonden mit wiederholten Basensequenzen, die zu möglichen VNTRs komplementär sind, werden über die Nylonmembran gegossen. Einige von ihnen werden an die einzelsträngigen VNTRs gebunden. Die Methode der Hybridisierung von DNA mit Sonden wird nach dem Namen des Erfinders, EM Southern (1975), als Southern Blotting bezeichnet. Die Nylonmembran wird gewaschen, um zusätzliche Sonden zu entfernen.

(vii) Ein Röntgenfilm wird der Nylonmembran ausgesetzt, um die Stellen zu markieren, an denen die radioaktiven DNA-Sonden an die DNA-Fragmente gebunden haben. Diese Stellen werden als dunkle Streifen markiert, wenn ein Röntgenfilm entwickelt wird. Dies wird als Autoradiographie bezeichnet.

(viii) Die dunklen Streifen auf dem Röntgenfilm repräsentieren die DNA-Fingerabdrücke (= DNA-Profile).

Anwendungen des DNA-Fingerprintings:

(i) Individualität:

Wie der Hautfingerprint (Dermatoglyphen) kann der DNA-Fingerprint dazu beitragen, einen Menschen von einem anderen mit Ausnahme von monozygoten Zwillingen zu unterscheiden.

(ii) Vaterschafts- / Mutterschaftsstreitigkeiten:

DNA-Fingerprint kann die echte genetische Mutter, den Vater und den Nachwuchs identifizieren,

(iii) menschliche Abstammung:

DNA aus verschiedenen Wahrscheinlichkeiten wird untersucht, um die menschliche Abstammung herauszufinden,

(iv) Erbkrankheiten:

Die Technik wird verwendet, um Gene zu identifizieren, die mit Erbkrankheiten verbunden sind.

(v) Forensik:

Der DNA-Fingerprint ist sehr nützlich bei der Aufdeckung von Straftaten und rechtlichen Aktivitäten. DNA-Fingerprinting hat bewiesen, dass Dhanu, die menschliche Bombe, der wahre Mörder von Shri Rajiv Gandhi, dem ehemaligen indischen Premierminister, war.

(vi) Soziologie:

Es kann Rassengruppen, ihren Ursprung, historische Migration und Invasionen identifizieren. Genographie ist die Untersuchung der Migrationsgeschichte menschlicher Spezies.