GRUPPIONI_slides - Università di Bologna

INDAGINI SCIENTIFICHE E RICERCA
IN AMBITO PROCESSUALE
DAL SOPRALLUOGO AL LABORATORIO
BOLOGNA
10 novembre 2016
Il DNA antico
fra ricerca archeoantropologica
e indagine forense
Giorgio Gruppioni
Dipartimento di Beni Culturali
Il DNA antico
Il DNA antico (aDNA) è il materiale genetico
residuo che si può estrarre dopo la morte da
reperti
biologici,
quali
ossa,
denti,
resti
mummificati animali o vegetali, coproliti, ecc., di
organismi del passato.
1984 – ˝Nasce˝ il DNA antico
 Per la prima volta si dimostra che il
DNA può conservarsi ed essere
estratto da resti di organismi viventi
del passato.
 Viene infatti estratto ed analizzato il
DNA da reperti museali di quagga,
equide africano simile alla zebra
(Equus quagga) estintosi alla fine del
XIX secolo. (Higuchi
et al., 1984)
1985 – ˝Nasce˝ il DNA antico umano
• Viene estratto DNA da una mummia dell’antico Egitto risalente a
2.400 anni fa(Pääbo, 1985)
• S. Pääbo dimostra che frammenti
di DNA umano si conservano in
reperti antichi contenenti piccole
o nessuna modificazione post
mortem
1985 – ˝Nasce˝ il DNA forense
• Alec Jeffreys e Collaboratori, dell’Università inglese di Leicester, mettono
in evidenza l’esistenza di profili individuali (l’impronta genetica o DNA
fingerprinting)
• dimostrano l’esistenza di una relazione familiare cioè di una compatibilità
ereditaria risolvendo una disputa in un caso di immigrazione (Jeffreys et al.,
1985, Nature 314: 67-73; Jeffreys et al, 1985 Nature 316: 76-9 ; Jeffreys et
al., 1985, Nature 317: 818-9)
Il DNA fingerprinting
• Il DNA viene estratto, digerito con enzimi
di restrizione, sottoposto ad elettroforesi,
denaturato e trasferito su membrana
(southern blotting).
• Quindi viene utilizzata una sonda multilocus “core” minisatellite marcata con
radioattivo per l’ibridazione.
• Il segnale radioattivo viene rivelato
mediante esposizione di una lastra
sensibile ai raggi X
Il primo caso forense
1983: Lynda Mann, 15 anni, viene violentata e uccisa nel Leichestershire (UK). Tre
anni dopo, Dawn Ashworth, 15 anni, viene violentata e uccisa nella stessa zona.
Il modus operandi nei due delitti era lo stesso ed il gruppo sanguigno determinato
dalle tracce di liquido seminale, era il medesimo (gruppo A)
1986: Richard Buckland, un ragazzo del posto, venne incriminato dei due delitti, ma
l’analisi del DNA mediante fingerprinting rivelò successivamente che egli era
innocente.
Nel Leichestershire circa 5000 individui furono analizzati per la determinazione del
gruppo sanguigno. Quelli risultati appartenere al gruppo A furono tipizzati con il DNA
fingerprinting, ma in nessun caso fu rilevata una corrispondenza con quello
dell’assassino.
1987: una persona del posto rivelò che un amico, un certo Colin Pitchford, gli aveva
chiesto di partecipare allo screening in sua vece in cambio di denaro.
L’esame del DNA di Pitchfork rivelò che il suo profilo era identico a quello ottenuto dal
DNA repertato sulla scena dei due delitti.
Le scoperte di nuovi marcatori
•1986 - Il primo marcatore utilizzato per fini forensi è stato il DNA
fingerprinting, basato su sonde multilocus per minisatelliti
•Vengono introdotte le sonde per singoli loci minisatelliti (SLP), si ha il
vantaggio di poter trattare da un punto di vista statistico i dati (“probabilità di
match”)
•1988. Primo kit commerciale per l’individuazione di SNPs tramite PCR
(sistema HLA), si ha il vantaggio di poter analizzare frammenti degradati
e/o in scarsa quantità
•Primi anni ’90. Vengono utilizzati i microsatelliti: elevata eterozigosità,
PCR, vantaggi per la trattazione statistica.
•1992. I marcatori di linea: DNA mitocondriale: elevata variabilità di
sequenza, tipizzazione possibile anche su quantità minime di DNA.
Introduzione del primo STR del cromosoma Y: campioni misti
uomo/donna ecc.
L’introduzione di nuove tecnologie di
analisi nel campo forense
Dal Southern blot alla PCR
Dalle sonde marcate con marcatori radioattivi a quelli
fluorescenti
Dai gel all’elettroforesi capillare
Le rivoluzioni tecniche che hanno
segnato il campo del DNA antico
1) 1984 Scoperta della possibilità di ritrovare e analizzare il DNA, da organismi del passato;
2) 1985 invenzione della tecnologia della Reazione a Catena della Polimerasi (PCR) grazie a
Mullis
3) 2000 introduzione delle tecnologie di sequenziamento NGS
Insieme alla introduzione delle metodologie NGS, le più recenti innovazioni metodologiche
hanno riguardato il continuo perfezionamento delle tecniche di estrazione del DNA e
l’identificazione dei distretti scheletrici migliori per la conservazione del DNA (in primis
rocca petrosa e dente)
L’analisi del DNA antico nello
studio di resti bioarcheologici
• Determinazione del sesso
• Attribuzione individuale dei resti e determinazione dei rapporti di
parentela fra inumati in sepolture multiple
• Pattern di migrazione circa i sessi nei processi di colonizzazione di
un’area
• Relazioni filogenetiche tra popolazioni, studi di continuità genetica
• Ricostruzione della storia filogenetica dell’uomo (es. relazione
evolutiva tra uomo di Neandertal e uomo moderno)
• Diagnosi di malattie del passato
• Ricostruzione di caratteri fenotipici (tratti somatici, caratteri
tegumentari
Il DNA antico o degradato
nelle scienze forensi
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By NA
Identificare i resti di individui scomparsi o coinvolti in
fatti criminosi
Predire la popolazione di origine di un DNA
Ottenere informazioni fenotipiche individuali
Identificare i resti di vittime di disastri di massa e di
eventi bellici
Problematiche comuni
• Presenza di poche copie di DNA
altamente frammentate e danneggiate
• Contaminazione da DNA esogeno
Comuni esigenze
• Adottare procedure di laboratorio (intese qui come workflow
di lavoro) mirate ad evitare le contaminazioni e a massimizzare
la decontaminazione dei campioni)
• Condivisione di protocolli per l’estrazione e l’analisi del DNA
antico in campo archeoantropologico e in campo forense.
• Disporre di laboratori adeguatamente attrezzati allo scopo di
assicurare ottimali condizioni operative
Laboratorio del DNA antico
Dipartimento di Beni Culturali
Università di Bologna – Campus di Ravenna