Cybergenetics
Objektive Analyse von DNA-Mischspuren mit Matlab
Die Untersuchung von DNA-Mischspuren stellt eine besondere Herausforderung für die Rechtsmedizin dar. Die aus diesen Spuren gewonnenen Informationen werden aufgrund der angewendeten Laborprotokolle nur vereinfacht dargestellt und unterschätzen häufig die Übereinstimmungshäufigkeiten.
Die Beurteilung von DNA-Spuren durch Rechtsmediziner ist keine leichte Aufgabe. Rechtsmediziner benötigen fundierte praktische Erfahrung und der Analyseprozess ist zeitaufwendig und langwierig. Zudem sind Untersuchungsfehler durch menschliche Interpretationsmethoden nicht auszuschließen. Heuristische Verfahren, bei denen nur ein Teil der Daten berücksichtigt wird, können außerdem dazu führen, dass die Beweiskraft von Spuren nicht voll zum Tragen kommt.
Die Mehrzahl der gewonnenen DNA-Spuren ist nur schwer auszuwerten. Das Spurenmaterial enthält möglicherweise nur eine geringe Menge DNA, ist degradiert oder enthält DNA von mehreren Personen. Diese Faktoren erschweren die Analyse der vorliegenden Daten. In manchen Fällen können Experten trotz erheblicher Anstrengungen keine eindeutigen Ergebnisse erzielen. Somit werden wertvolle Beweise vor Gericht unbrauchbar, sei es, um einen Täter zu überführen oder Unschuldige zu entlasten.
Die TrueAllele-Technologie von Cybergenetics wurde mit Matlab entwickelt und nutzt Signalverarbeitung und fortgeschrittene statistische Methoden, um Identifizierungsinformationen aus DNA-Spuren zu gewinnen. Der wahrscheinlichkeitstheoretische Ansatz von TrueAllele erweist sich im Vergleich zur nicht computergestützten Analyse als genauer, objektiver und schneller. Kriminaltechnische Labors profitieren von diesen Vorteilen, da mit diesem Verfahren Beweismaterial ausgewertet werden kann, das zuvor als nicht brauchbar eingestuft wurde, und der Rückstau von nicht untersuchtem Beweismaterial reduziert wird. In dem im Kasten beschriebenen Fall konnte der Täter dank TrueAllele überführt werden.
| Ein Toter und (k)ein Täter |
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Dr. John Yelenic wurde 2006 in seinem Haus in Blairsville, Pennsylvania, USA, ermordet aufgefunden. Unter den Fingernägeln des Mordopfers fanden sich vor allem Spuren seiner eigenen DNA, jedoch auch eine geringe Menge der DNA einer weiteren Person. Diese war möglicherweise beim Kampf zwischen Opfer und Täter unter die Fingernägel geraten. Anhand dieser in der DNA-Mischspur enthaltenen Nebenkomponente wurde ein gewisser Kevin Foley als Tatverdächtiger identifiziert. Der Gerichtsmediziner ordnete ihm die DNA-Spur mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:13.000 zu. Der Strafverteidiger von Kevin Foley argumentierte, dass die unter den Fingernägeln des Opfers gesicherten DNA-Spuren andere Tatverdächtige nicht ausschlössen und die DNA mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:13.000 von einer anderen Person und nicht von seinem Mandanten stammt. Im Fall Foley ermöglichte TrueAllele ein millionenfach verbessertes Ergebnis im Vergleich zu der durch die Experten gewonnenen geschätzten Übereinstimmung von 1:13.000. Die objektiv berechnete Übereinstimmungshäufigkeit der DNA-Spur betrug letztendlich 1:189 Milliarden und trug somit zur Verurteilung des Verdächtigen Kevin Foley bei. Die erfolglosen Berufungen von Kevin Foley, um einer Verurteilung zu lebenslanger Haftstrafe für den Mord an Dr. Yelenic zu entgehen, haben zu Entscheidungen der obersten Gerichte des US-Bundesstaates Pennsylvania geführt, die den Foley-Prozess zu einem landesweiten TrueAllele-Präzedenzfall gemacht haben. |
Desoxyribonukleinsäure (DNS; englisch DNA für deoxyribonucleic acid) ist ein in allen Lebewesen und in bestimmten Virentypen (sogenannte DNA-Viren) vorkommendes Biomolekül und Träger der Erbinformation, also der Gene. Das Wort setzt sich zusammen aus des-, Oxygenium (Sauerstoff), Ribose (siehe Desoxyribose) und Nukleinsäure. Im Normalzustand ist DNA in Form einer Doppelhelix organisiert. Chemisch gesehen handelt es sich um Nukleinsäuren, lange Kettenmoleküle (Polymer), die aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden, aufgebaut sind. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest, dem Zucker Desoxyribose und einer von vier organischen Basen (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, oft abgekürzt mit A, T, G und C).
Beim Plotten von Daten einer DNA-Sequenzierung wird ein Allelenpaar durch ein oder zwei primäre Peaks dargestellt (Bild 1). Eine Allele beschreibt die Ausprägung einer DNA-Sequenz an einem bestimmten Locus (der Ort auf einem Chromosom, auf dem sich ein Gen oder eine andere DNA-Sequenz befindet) auf einem Chromosom (eine große Ansammlung von DNA-Molekülen in einem Zellkern; menschliche DNA besteht aus 23 Chromosomenpaaren, je ein Chromosom eines Paares wird von jeweils einem Elternteil vererbt). Ein Individuum besitzt zwei Allele (ein Allel von der Mutter und ein Allel vom Vater) an jedem Locus, mit Ausnahme auf den Geschlechtschromosomen X und Y. Die Position des Peak auf der x-Achse identifiziert das Allel, während die Höhe des Peak auf der y-Achse die DNA-Quantität wiedergibt. Stammen die DNA-Informationen von einem einzelnen Individuum, lässt sich der Genotyp des Individuums auf einfache Weise anhand der Peaks ableiten.
Enthält die Probe DNA von mehreren Personen, ist die Beziehung zwischen den Informationen und dem Genotyp weniger offensichtlich. Die Labordaten weisen in diesem Fall mehrere Peaks auf, die die beteiligte Allele und ihre jeweilige Menge darstellen (Bild 2). Die Peak-Höhe stellt die Anzahl der amplifizierten DNA-Moleküle dar. Diese Zähldaten variieren bei Wiederholung der Versuche gemäß den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit und chemischen Gesetzmäßigkeiten.
Um dieser Datenvariation beizukommen, werden bei der nicht computergestützten Auswertung von DNA-Spurenmaterial Schwellenwerte angewendet. Jedes Labor legt basierend auf einer intern gültigen Kalibrierung eigene Schwellenwerte fest. Peaks, deren Höhe über diesem Schwellenwert liegen, erhalten eine gleiche Gewichtung, während Peaks, deren Höhe unterhalb des Schwellenwerts liegen, eine geringere Gewichtung erhalten. Solche Schwellenwerte können jedoch nicht problemlos auf Zähldaten und entsprechende Variationen angewendet werden. Eigentlich aussagekräftige DNA-Proben werden somit häufig fälschlicherweise als nicht beweiskräftig eingestuft und vor Gericht nicht vorgelegt. Die Verwendung von Computern und Wahrscheinlichkeitsgesetzen stellt hier ein präziseres Verfahren dar, da Variationen der Peak-Höhen durch mathematische Modellierung als Parameter der Beweisdaten aufgenommen werden können.
- Objektive Analyse von DNA-Mischspuren mit Matlab
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