ResearchBlogging.orgIch erzähle, wie wir uns fast an der DNA-Extraktion bei einem Knochen, der auf dem Grund eines Sees gefunden wurde, die Zähne ausbissen, wie wir eine neue Extraktionsmethode erfanden und ihm schließlich doch noch das Geheimnis seiner DNA entlocken konnten.

29. August, 1942. Der zweite Weltkrieg tobt in Europa. Um 20:37 Uhr hebt eine mit fünf Bomben bestückte und mit sieben Soldaten bemannte Halifax-Maschine im britischen Elsham Wolds, North Lincolnshire ab.

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Ihr Ziel, Nürnberg, sollte sie nie erreichen, denn als sie gegen 00:10 Uhr die „Hohe Acht”, einen Berg in der Nähe des Nürburgrings, in einer Höhe von ca. 2700 m überflog, wurde sie dreimal von einer deutschen Messerschmidt-Maschine getroffen, die in Mendig gestartet war. Der Halifax-Pilot versuchte noch, seine brennende Maschine notzulanden, doch ihr Heck brach ab und das Flugzeug stürzte in den Laacher See.

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(Bild: Google Maps)

Der ovale See ist mit rund 3,3 km² der größte See in Rheinland-Pfalz und befindet sich in der Vordereifel in der Nähe der Städte Andernach, Bonn, Koblenz und Mayen nördlich von Mendig. Er ist vollständig von einem durchschnittlich 125 m hohen Wall umgeben und weist eine Tiefe von 53 m auf. Er wird hauptsächlich von Grundwasser gespeist und besitzt keinen natürlichen Abfluss. Die sich heute in 275 m ü. NN befindende Wasseroberfläche schwankte früher um 15 m.
Quelle: Wikipedia

Drei Besatzungsmitglieder konnten sich mit Fallschirmen retten, bei einem vierten versagte der Schirm, so daß er, wie auch der fünfte Mann nur tot aus dem See geborgen werden konnte. Die übrigen zwei Besatzungsmitglieder werden bis heute vermisst, sehr wahrscheinlich versanken ihre sterblichen Überreste mit den Trümmern des Wracks, das in den ersten Nachkriegsjahren noch im See zu sehen war und von wagemutigen Jungs als Klettergerüst benutzt wurde, bis es in größere Tiefe hinabrutschte.

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65 Jahre später. In einer Pressemitteilung hieß es: „Die Abtei ließ am 27. April 2007 verlauten, dass bis auf weiteres wegen Explosionsgefahr etwaiger Bomben mit Langzeitzündern seitens der Verbandsgemeinde Brohltal, Niederzissen, mit Verfügung vom 30. März 2007 keine Genehmigung für Tauchen, Bootsverkehr, Schwimmen sowie Hobbyangeln für dieses Gebiet erteilt wird.”

Im Juni 2008 schließlich fand unter Führung der Tauchergruppe des Kampfmittelräum-dienstes Rheinland-Pfalz eine Tauchaktion mit dem Ziel der Gefahrerforschung im Zusammenhang mit dem Bomber bei äußerst schwierigen Bedingungen statt. Dabei wurden einzelne Bruchstücke der Maschine geborgen, unter anderem:

  • Reste eines langlochartigen Fensters mit Resten von Perspex-Verglasung
  • kleine Bruchstücke von einem der Tragflügel und einer Motorgondelverkleidung
  • ein Aluminium-Spant mit anhängenden Resten der Beplankung aus dem Rumpfdach
  • eine größere Menge von Blechstücken und Kabel

Man schloss daraus, daß die Maschine mit einer verhältnismäßig hohen Restgeschwindigkeit von vermutlich über 160 km/h auf die Seeoberfläche auftraf, stark beschädigt und in Teile zerbrach bzw. zerrissen wurde. Das Wrack selbst oder Bomben wurden jedoch nicht gefunden. Soviel zur Vorgeschichte.

Im Herbst 2008 wurde ein Knochenfragment, das ebenfalls bei der Tauchaktion geborgen worden war, zur Untersuchung in unser Institut gebracht.

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Die Rechtsmediziner begutachteten das Stück (s. Abbildung) und befanden: „Der Knochen lässt sich eindeutig einem linken proximalen Unterschenkelknochen (Schienbein) menschlichen Ursprungs zuordnen. Deutlich zu erkennen das so genannte „Tibiaplateau” mit der charakteristischen Area intercondylaris anterior”. Für weitere Erkenntnisse empfahlen sie eine forensisch-genetische DNA-Analyse. So erreichte uns schließlich der Auftrag, ein DNA-Profil dieses alten Knochens vom Grund des Laacher Sees zu erstellen.
Und hier begann für uns das Abenteuer:
Unbedarft behandelten wir den Knochen zuerst wie jeden anderen Knochen auch: wir wendeten unsere Standardmethode für DNA-Extraktion aus Knochen an und wir scheiterten damit grandios. Es gelang uns trotz mehrfacher Versuche überhaupt nicht, DNA aus dem Knochen zu extrahieren, die noch für die Erzeugung eines DNA-Profils getaugt hätte. Herausgefordert durchforsteten wir daraufhin zuerst die wissenschaftliche Literatur. D.h., wir durchsuchten unsere Bibliothek, in der zahlreiche Jahrgänge verschiedener forensisch-wissenschaftlicher Journale als Sammelbände stehen aber auch die gängigen Onlinedatenbanken. Wir fanden viele Arbeiten zur DNA-Extraktion aus Knochen und selbst einige Studien über Knochen, die aus dem Salzwasser von Ozeanen geborgen worden waren. Doch keine einzige befasste sich mit Knochen, die, wie unser „Problemknochen”, lange Jahre im Süßwasser eines Sees gelegen hatten. Im Gegensatz zu Salzwasser, das sogar einen konservierenden Effekt haben kann, scheint Süßwasserexposition außerordentlich problematisch zu sein.

Wir waren natürlich nicht bereit, aufzugeben, und so entschlossen wir uns, den Mangel zu beseitigen und eine eigene, neue Methode zu erfinden. Als Ausgangspunkt wählten wir von den bereits beschriebenen Methoden für DNA-Exktraktion aus Knochen, die wir der Literatur entnommen hatten, solche aus, die besonders schonend mit der DNA verfuhren und andere, die eine besonders hohe Ausbeute an DNA erzielten. Leider sind diese beiden Bestrebungen genau entgegengesetzt: je mehr DNA ein Verfahren gewinnt, desto „brutaler” behandelt es gewöhnlich das Ausgangsmaterial, z.B. durch hohe Temperaturen über längere Zeit oder durch aggressive Chemikalien und gefährdet dadurch die DNA-Integrität.
Also berieten wir uns mit Kollegen darunter eine bekannte Anthropologin, zerlegten die beschriebenen Methoden in ihre vielen Einzelschritte und testeten und kombinierten dann in langwierigen Versuchen und mit großem Aufwand Schritte aus verschiedenen Quellen mit eigenen Ideen, bis wir zu einer neuen, zusammengesetzten Methode gelangten, die, vereinfacht ausgedrückt, einen optimierten Kompromiss zwischen möglichst schonender Behandlung des ohnehin schon stark in Mitleidenschaft gezogenen Materials und einer möglichst hohen DNA-Ausbeute darstellte.

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Kommentare (16)

  1. #1 pogobi
    08/06/2011

    Faszinierend! Für sowas lese ich Scienceblogs :>

  2. #2 a+
    08/06/2011

    Gute Geschichte. Kurze Frage dazu: wie viel Material braucht ihr für die Extraktion?
    Ich hab’ im Studium schon aus 30 mg Herbarmaterial DNA extrahiert, daß ist allerdings schon etwas länger her. Sehe ja ein, daß ein Fingerprint womöglich etwas mehr Material braucht als spezifische Marker, aber hey: wir haben damals drei Chloroplastenmarker von etwa je 2kb aus echt altem Material sequenziert. Wie viel ist denn bei euch nötig für einen STR-Fingerprint?

  3. #3 MartinS
    08/06/2011

    Ich habe gebannt wie bei einem Krimi gelesen!
    Aber ich kann Fortsetzungsromane nicht ausstehen ;-( Besonders, wenn der nächste Veröffentlichungstermin noch unbekannt ist!
    Tolles Thema und spannend geschrieben – Danke Dir Cornelius!

    Werden die Bergungsversuche eigentlich fortgesetzt?

  4. #4 michael
    09/06/2011

    Ich bin für Fortsetzungsromane. Ansonsten schliess ich mich aber den Vorkommentieren an.

    Eine Frage: Warum muss der Knochen zu einem Besatzungsmitglied gehören, bloss weil er bei der Tauchaktion geborgen wurde ?

  5. #5 Engywuck
    09/06/2011

    drei Vermutungen:
    – mitten in den Trümmern gefunden
    – auf andere Weise ermitteltes Alter “passt” auf “etwa zweiter Weltkrieg” (muss ja nicht immer Radiocarbon sein, wobei das hier möglich sein könnte)
    – man kann an Knochen (so genug vorhanden ist) evtl. das Alter der Person zum Todeszeitpunkt schätzen. Das Alter der Besatzungsmitglieder zum Unfallzeitpunkt ist bekannt.

    wieviel davon stimmt? 😀

  6. #6 Roland
    09/06/2011

    Na ja, könnte genauso ein junger Mann gewesen sein, der gerade beim nächtlichen Schwimmen war und vom herabstürzenden Bomber erschlagen wurde…
    Da würden alle drei vermuteten Begründungen auch zutreffen.

  7. #7 rolak
    09/06/2011

    Natürlich könnte es so sein, Roland – wobei ich mich allerdings frage, wie hoch die durchschnittliche Leichendichte eines Eifeler Sees sein mag.
    Aber nach einem erfolgreichen DNA-Abgleich (und um dessen Probleme und Lösung geht es imho hauptsächlich in diesem post) kann zumindest geklärt werden, ob der Knochen einem der (bzw mittlerweile dem verbleibenden) vermißten Besatzungsmitglieder zuzuordnen ist. Bis dahin kann natürlich weiter frei spekuliert werden, solange man sich der Substanzlosigkeit solchen Tuns bewußt ist.

  8. #8 Cornelius Courts
    09/06/2011

    @MartinS:

    Werden die Bergungsversuche eigentlich fortgesetzt?”

    Nein, soweit ich weiß nicht.

    @michael:

    Warum muss der Knochen zu einem Besatzungsmitglied gehören, bloss weil er bei der Tauchaktion geborgen wurde ?

    Muß er nicht, behauptet auch keiner (nur, daß nur zwei der Besatzungsmitglieder überhaupt als ehemalige Besitzer des Knochen in Frage kommen), könnte er aber und ist auch mit Abstand das wahrscheinlichste. Dadurch, daß wir das DNA-Profil ermitteln konnten, könnten nun aber auch Ermittlungsbehörden prüfen, ob es sich bei dem Knochen um die Reste eines Ermordeten/Verunfallten, der im See versunken ist, handelt, sofern solche offenen Akten existieren.

    @Engywuck:

    wieviel davon stimmt? 😀

    stimmt alles. Ist zwar alles nicht zwingend, aber deutet doch am ehesten auf ein Crewmitglied hin. Der Knochen wurde zwischen den Trümmern gefunden, die Rechtsmediziner konnten das Alter des Knochens nur ungenau schätzen, aber die Schätzung passt gut zum Alter, das der Knochen hätte, wenn die Hypothese stimmt und auch die Schätzung des Alters eines Menschen an Knochen ist möglich, wenngleich nicht einfach und erst recht nicht an solchen übel mitgenommenen Fragmenten.

    @Roland:

    Na ja, könnte genauso ein junger Mann gewesen sein, der gerade beim nächtlichen Schwimmen war und vom herabstürzenden Bomber erschlagen wurde…

    stimmt. Oder der CIA hat einen politischen Häftling ermordet, seinen Unterschenkel abgesägt, den Knochen extrahiert, zerbrochen, künstlich gealtert und dann heimlich von Tauchern im Laacher See zu den Trümmern legen lassen 😉
    Nein im Ernst: klar ist es möglich, daß der Knochen nicht von der Crew stammt, es ist nur nicht sehr wahrscheinlich; dennoch reicht uns die Vermutung nicht, weshalb wir ja nach den möglichen Angehörigen forschen

  9. #9 Dagda
    09/06/2011

    “Also berieten wir uns mit Kollegen darunter eine bekannte Anthropologin, zerlegten die beschriebenen Methoden in ihre vielen Einzelschritte und testeten und kombinierten dann in langwierigen Versuchen und mit großem Aufwand Schritte aus verschiedenen Quellen mit eigenen Ideen, bis wir zu einer neuen, zusammengesetzten Methode gelangten, die, vereinfacht ausgedrückt, einen optimierten Kompromiss zwischen möglichst schonender Behandlung des ohnehin schon stark in Mitleidenschaft gezogenen Materials und einer möglichst hohen DNA-Ausbeute darstellte. “

    Wie muss man sich das eigentlich vorstellen das testen? Habt ihr immer wieder versucht aus dem Knochen DNA zu gewinnen oder habt ihr andere Testobjekte genommen? Und wenn ja wie simuliert ihr dann die Lagerungsbedingungen?

  10. #10 Christian Reinboth
    09/06/2011

    Toller Artikel. Fehlt eigentlich nur noch die Verlinkung mit dem deutschen Research Blogging-Portal, damit auch über die Schiene noch ein paar Leser kommen.

    Blieb noch der Kanadier. Wir begannen, nach ihm und seiner Familie zu suchen. Bisher erfolglos, doch wir bleiben dran. Wenn es uns gelingt, lebende Angehörige von ihm zu finden, werden wir ihnen anbieten, herauszufinden, ob es ihr Verwandter ist, der auf dem Grund des Laacher Sees ruht.

    Wie weit seit ihr denn da? Ein wenig Stöbern im Kanadischen Online-Nationalarchiv lässt mich vermuten, dass es sich um Flight Sergeant John Joseph Carey (geboren 1920) handeln dürfte, für den vermerkt wird, dass seine Eltern Leo J. und Janet Carey zum Zeitpunkt seiner Dienstaufnahme in Ottawa wohnhaft gewesen sind. Über den Umweg einer genealogischen Suchanfrage könntet ihr euch hier über seine Dienstnummer R53908 seine Militärakte ordern – wenn ihr das nicht schon längst getan habt. Vielleicht gibts da ja einen Hinweis auf Verwandte, die heute möglicherweise noch leben könnten (oder von denen sich zumindest wiederum lebende Angehörige ermitteln lassen).

  11. #11 Christian Reinboth
    09/06/2011

    Da ich gerade sehe, dass der zweite Link nicht richtig zu funktionieren scheint, hier nochmal der Direktlink für das Formular, mit dem man die Militätdienstakte anfordern könnte (falls ihr die – wie bereits geschrieben – nicht schon längst habt):

    http://www.collectionscanada.gc.ca/obj/022/f2/022-909.007-e.pdf

  12. #12 Cornelius Courts
    09/06/2011

    @Christian:

    Fehlt eigentlich nur noch die Verlinkung mit dem deutschen Research Blogging-Portal, damit auch über die Schiene noch ein paar Leser kommen.

    ja, hast’ recht, sollte ich mal langsam machen…:-)

    Wie weit seit ihr denn da?

    wir haben es ähnlich gemacht, aber zusätzlich noch ein paar Foren dazu durchsucht und auch bereits einen Brief nach Kanada geschrieben. Den Weg über die Behörden würde ich gerne vermeiden, die sind erfahrungsgemäß unendlich langsam, unwillig und unkooperativ. Dennoch danke für den Tip. Das wäre dann der letzte Strohhalm…

    @Dagda:

    Wie muss man sich das eigentlich vorstellen das testen? Habt ihr immer wieder versucht aus dem Knochen DNA zu gewinnen oder habt ihr andere Testobjekte genommen? Und wenn ja wie simuliert ihr dann die Lagerungsbedingungen?

    Die ersten Versuche haben wir natürlich mit dem Original-Knochen gemacht. Wir haben reichlich Bohrspäne erzeugt und das Mehl für mehrere shots benutzt. Als es dann ans Rumprobieren ging, haben wir erstmal einen 8 Jahre alten “Testknochen” (aus einem Erdgrab) als Dummy benutzt. Erst wenn eine Methode einwandfrei an ihm funktioniert hat, haben wir sie auch am See-Knochen probiert.,

    @a+:

    Kurze Frage dazu: wie viel Material braucht ihr für die Extraktion?
    […]Wie viel ist denn bei euch nötig für einen STR-Fingerprint?

    Oh, wir brauchen um Größenordnungen weniger als 30 mg!! An DNA reichen uns für ein sicheres STR-Profil bereits 50 pg! Es kommt dann drauf an, woher die DNA ist, wie angegriffen der Spurenträger ist etc. Bei alten Knochen, worin die Zelldichte nicht so hoch und die DNA oft beschädigt ist, ist 1g Knochenmehl eine realistische Menge, die ausreicht.
    Es gibt aber mittlerweile forensische Techniken, die schon mit einzelnen Zellen arbeiten!

    Bei Interesse vielleicht auch noch mal hier reinlesen: http://www.scienceblogs.de/bloodnacid/2011/03/forensische-genetik-dnaextraktion.php

  13. #13 Bastian
    23/06/2011

    Interessanter Beitrag, danke!

    Frage eines Laien:
    Wie kommt man denn nun von dem Knochenmehl zum DNA-Code?

  14. #14 Cornelius Courts
    24/06/2011

    @Bastian: “Wie kommt man denn nun von dem Knochenmehl zum DNA-Code?”
    Da darf ich Dir vielleicht die Beiträge der Serie “forensische Genetik” empfehlen. Der erste Beitrag ist hier: http://www.scienceblogs.de/bloodnacid/2011/03/forensische-genetik-eine-einfuhrung.php
    Am Ende jedes Beitrags gibt es einen Link zum folgenden Beitrag.
    Wenn darüber hinaus noch Fragen sind, bitte noch einmal melden.

  15. #15 Bastian
    24/06/2011

    Danke, ich werde das alles mal durchlesen. Das Thema, über das du schreibst, ist wirklich sehr interessant und mal was anderes! 😉

  16. #16 Cornelius Courts
    10/07/2014

    Das Rätsel um den Knochen ist gelöst. Hier gibt es mehr dazu.