Im zweiten Teil dieser Miniserie habe ich erklärt, warum die forensische RNA-Analyse eine hervorragende und überaus sinnvolle Ergänzung zur etablierten Standard-Analyse von DNA sein kann. In diesem letzten Teil will ich auf die überaus verschiedenen, vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der forensischen RNA-Analyse eingehen, denn es ist besonders ihre Vielseitigkeit, die mich fasziniert.
Wenn man sich das Methodenrepertoire der forensischen Molekularbiologie einmal wie ein Schweizer-Armeemesser vorstellt,
dann wäre die große Hauptklinge daran wohl gleichzusetzen mit der DNA-Analyse, also dem wichtigsten, hauptsächlich genutzten Instrument, das unverzichtbar ist und ohne das das Ganze einfach kein Schweizer-Armeemesser wäre. Aber dann gibt es eben auch diese vielen nützlichen und sehr verschiedenen Zusatzfunktionen, die in manchen Situationen unersetzlich sind: es gibt ja so Momente, da braucht man einfach nur einen Korkenzieher 😉 Und diese Zusatzfunktionen kann man sich als RNA-analytische Ansätze vorstellen, die zur Bearbeitung zusätzlicher und ebenso verschiedener forensischer Fragestellungen eingesetzt werden können, wie Schere, Korkenzieher, Kapselheber, Ahle, Feile und Zahnstocher die große Messerklinge ergänzen.
Die erste Erwähnung von RNA aus postmortalem Gewebe in der forensischen Literatur findet sich bereits im Jahr 1984 in einer deutschsprachigen Arbeit zur postmortalen Biosynthese von DNA und RNA [1]. Zehn Jahre später beschrieben Phang et al. die Durchführung einer Reverse-Transkription–PCR (RT-PCR) ausgehend von aus postmortalem Gewebe entnommener RNA [2]. Seit der Entwicklung der quantitativen PCR (s. auch hier), einer meiner persönlichen Lieblings- und Hauptforschungsmethoden, im Jahr 1996 [3], die eine exakte Bestimmung der Menge einer bestimmten (m)RNA in einer Probe ermöglicht und damit eine Aussage über ihren differentiellen Expressionsstatus erlaubt, ist das Interesse an der (m)RNA-Analytik und auch ihren forensischen bzw. rechtsmedizinischen Anwendungsmöglichkeiten deutlich angestiegen.
Zahlreiche Studien belegen inzwischen die überaus vielgestaltigen Möglichkeiten von Transkriptom- und Genexpressionsanalysen bei der Bearbeitung sehr verschiedener forensischer Fragestellungen:
Zu nennen wären hier vor allem Zustands- und Zeitbestimmungen [4], etwa die Abschätzung des post-mortem-Intervalls (PMI) und der Todeszeit [5-7], die zeitliche Eingrenzung von Wundalter und Heilungsprozessen [8-13], die Alterseinschätzung forensischen Spurenmaterials [14,15, s. auch hier] und des Puppenstadiums leichenbesiedelnder Insekten [16,17] sowie die post-mortale Feststellung von Schwangerschaften [18]. Aber auch molekulare Todesursachenermittlungen, z.B. zur Abgrenzung zwischen Suizid, Homizid und Unfalltod [19-25], zur Unterstützung der postmortalen Diagnostik rechtsmedizinisch relevanter Krankheitsbilder wie dem SIDS [26 bzw. hier] und toxikogenetische Untersuchungen können durch RNA-Analyse informiert werden [27-31].
Einige Forscher befassen sich darüber hinaus mit der Quantifizierung der Stabilität und Integrität von mRNA-Molekülen für die forensische Analytik [32]. RNA erwies sich dabei in mehreren Studien in postmortalen Geweben aber auch in teils sehr alten biologischen Spuren als deutlich haltbarer und weniger degradationsempfindlich, als zuvor gemeinhin angenommen [33, 34] und immer neue Quellen werden für eine RNA-Extraktion erschlossen, selbst aus Knochen ist inzwischen die Isolation prozessierbarer RNA gelungen [35].
Besonders wichtig und gut erforscht (u.a. im Rahmen meiner eigenen Forschungsbemühungen) ist aber der Einsatz der RNA-Analyse bei der Identifikation von Spurenarten [36-43], wofür sowohl die Untersuchung von mRNA als auch micro-RNA (miRNA) gut funktioniert (s. auch hier). Das Prinzip der Methode besteht darin, in biologischem Spurenmaterial spurenartspezifische, d.h. möglichst ausschließlich in den Zellen einer bestimmten Spurenart (z.B. Blut) transkribierte mRNAs oder miRNAs nachzuweisen und somit das Vorhandensein dieser Spurenart festzustellen. Vorteile dieses Verfahrens gegenüber den herkömmlichen meist (immun)chemischen Methoden zur Identifikation einer Spurenart ist die deutlich höhere Spezifität und die Möglichkeit, auch komplexe Mischungen von Spurenarten erfolgreich zu untersuchen.
Eine weitere Anwendung für die RNA-Analyse findet sich im von meinem Kollegen und mir begründeten Feld der „molekularen Ballistik“, die sich, wie regelmäßige LeserInnen dieses Blogs wissen werden, mit der molekulargenetischen Untersuchung nukleinsäurehaltiger Spuren befasst, welche durch Schusswaffeneinsatz gegen biologische Ziele entstehen und von äußeren und inneren Oberflächen der Waffen und/oder anderen Oberflächen (z.B. der Hand, die eine Schußwaffe abgefeuert hat) gesichert werden können.
Neben der Identität von Opfer(n), Täter(n) und anderen Beteiligten, die sich vermittels DNA-Analyse feststellen läßt, sind auch Erkenntnisse zum Hergang von Straftaten mit Feuerwaffeneinsatz von großem forensischem Interesse und genau hier kann die RNA-Analyse hilfreich sein. Bei Delikten mit Einsatz mehrerer Feuerwaffen kann es beispielsweise von entscheidender Bedeutung für die nachträgliche Rekonstruktion und Bewertung des Tatgeschehens sein, die verursachten Schusswunden den einzelnen beteiligten Schusswaffen zuordnen zu können. So ließe sich etwa ein Kopfschuss durch eine bestimmte Waffe nachweisen, indem durch den Schuss aus dem Wundkanal herausgeschleudertes Hirngewebe aus dem Inneren dieser Waffe detektiert werden könnte: die Gewebeherkunft einer biologischen Spur lässt sich anhand des Transkriptoms bzw. miRNoms bestimmen (s. auch hier).
Nachhausemitnehmbotschaft: Die forensische RNA-Analyse bereichert die forensische Molekularbiologie um eine große Vielfalt von ganz unterschiedlichen Einsatz- und Erkenntnismöglichkeiten, wofür die in diesem Artikel vorgestellten Anwendungen als – keineswegs erschöpfende – Belege gelten mögen. Sie kann dabei nicht nur die „traditionellen“ DNA-Untersuchungen ideal ergänzen, sondern auch in disziplinübergreifenden Ermittlungen eingesetzt werden und letztlich eigene Forschungsfelder begründen. Für die Zukunft gelangen im Zuge der Einführung und Verbreitung von NGS auch in forensischen Forschungsumgebungen Techniken wie Einzelzell-Transkriptomik und In-situ-RNA-Sequenzierung in Reichweite wodurch sich enorme Fortschritte und abermalige Erweiterungen der Möglichkeiten forensischer RNA-Analytik ergeben werden.
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Ich selbst strebe an, mit diesen Entwicklungen Schritt zu halten (wir haben hier in Kiel gerade ein nagelneues NGS-Gerät bekommen 🙂 ) und neben der Bearbeitung innovativer Forschungsansätze (ich habe gerade eine DFG-Förderung zur Fortsetzung meines „molekulare Ballistik“-Projekts erhalten 🙂 \o/ ) auch der Akzeptanz und Validität RNA-basierter Verfahren in der rechtsmedizinischen und spurenkundlichen Routinearbeit beizuhelfen (wir hier in Kiel werden bald als erstes Labor in Deutschland die Akkreditierung gem. DIN/ISO 17025 für den Einsatz der forensischen RNA-Analytik zur Spurenartidentifikation erhalten 🙂 ).
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Referenzen:
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[2] T. W. Phang, C. Y. Shi, J. N. Chia, C. N. Ong, Amplification of cDNA via RT-PCR using RNA extracted from postmortem tissues, J. Forensic Sci. 39 (1994) 1275-9.
[3] C. A. Heid, J. Stevens, K. J. Livak, P. M. Williams, Real time quantitative PCR, Genome Res. 6 (1996) 986-94.
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