V kirur{ki patologiji je razumljivo, da lahko postavimo pravilno diagnozo pri bolniku le tedaj, ~e dobimo v preiskavo njegov vzorec. Ena najpomembnej{ih zahtev pri tem delu je torej pravilna identifikacija tkivnih vzorcev in njihova pravilna oznaka. ^eprav so sistemi ozna~evanja na strani kirurga, transporta in ozna~evanje na strani patologa vsak posebej preizku{en in ves ~as nadzorovan, se lahko zgodi, da vzorec med potjo od bolnika do mikroskopa napa~no ozna~imo ali pa oznako izgubimo. Ker gre v kirur{ki patologiji za diagnosti~ne procese, in ne za enostavno tehnologijo, ni mogo~e pri~akovati, tako kot {e vedno misli lai~na publika pa tudi nekateri zdravniki, »ni~elnega« standarda, standarda, kjer pri dobrem delu ni napak. Kak{na je verjetnost napak, lahko sklepamo tudi iz obsega dela, saj izdelamo na Oddelku za patologijo Onkolo{kega in{tituta letno za diagnozo 5800 kirur{kih biopsij, kar je ve~ kot 95.000 histolo{kih preparatov vseh vrst. Na vsakem preparatu je povpre~no sedem identifikacijskih {tevilk. Kljub nadzoru dela se lahko zgodi, da biopsijske vzorce razli~nih bolnikov po pomoti zamenjamo. Na Oddelku za patologijo smo imeli v obdobju med 1992 in 2001 15 takih primerov. V devetih primerih smo odkrili zamenjavo pri biopsijah kostnega mozga in {estkrat pri drugih vzorcih. V dodatnih 11 primerih smo iz tehni~nih razlogov izgubili oznake na kasetah s tkivom. Vsakega od teh problemov smo uspeli re{iti. Kadar pa zamenjamo majhne vzorce istovrstnega materiala (od{~ipi pri endoskopskih preiskavah, biopsije kostnih mozgov, bezgavke), se lahko zgodi, da bo ponovna identifikacija vzorca, ~eprav na zamenjavo upravi~eno sumimo, kljub ob{irni in natan~ni analizi dogodkov od operacije do laboratorijskih obdelav, nemogo~a. Ker so lahko posledice zamenjave usodne, si `elimo v takih primerih zanesljivej{ih na~inov dolo~anja, kateremu od bolnikov pripada biopsijski vzorec. Od za~etka devetdesetih let lahko v takih primerih `e uporabljamo molekularno-biolo{ke metode. Metoda genetskega profiliranja, pri kateri dolo~amo alelne vzorce ali genetske profile, je najbolj zanesljiva metoda identifikacije biolo{kega materiala in preverjanja bli`njih sorodstvenih povezav. Prvi~ v zgodovini identifikacijskih metod nam namre~ omogo~a pozitivno identifikacijo, in ne le izklju~itve. Prva genetska identifikacijska metoda, ki jo je leta 1985 v Veliki Britaniji razvil Alec Jeffreys, je temeljila na preiskavi minisatelitnih polimorfizmov. V za~etku devetdesetih let so razvili metodo genetskega profiliranja, pri kateri tipiziramo mikrosatelite ali kratke tandemske ponovitve. Ozna~imo jih s kratico STR (angl. Short Tandem Repeat), pomno`ujemo pa jih v veri`ni reakciji s polimerazo – PCR (angl. Polymerase Chain Reaction). Zaradi bistveno hitrej{ih analiz in mo`nosti re{evanja primerov, za katere je zna~ilna izredno majhna koli~ina DNK (identifikacija biolo{kih sledov, kot so slina s cigaretnega ogorka, slina s po{tne znamke, prhljaj, nohti in lasje s koreninico), se je ta metoda mo~no raz{irila in jo danes uporablja ve~ina forenzi~nih genetskih laboratorijev. Tudi metoda, ki smo jo uvedli v genetskem laboratoriju In{tituta za sodno medicino Medicinske fakultete v Ljubljani, temelji na preiskavi mikrosatelitnih dol`inskih polimorfizmov molekule DNK. Pri preiskavi 14 lokusov STR dobimo za vsakega posameznika edinstven vzorec alelov, ki je osebno specifi~en in ga imenujemo genetski profil. Pri identifikacijskih testih dosegamo verjetnost ujemanja naklju~no izbrane osebe z genetskim profilom analiziranega biolo{kega vzorca 1 v 1015. V primerjavi z velikostjo celotne ~love{ke populacije (6x109) ka`e ta verjetnost edinstvenost genetskih profilov. Za dolo~anje spola pomno`ujemo v forenzi~nih vzorcih s PCR odsek amelogeninskega gena. MIKROSATELITI ALI LOKUSI STR Mikrosateliti ali lokusi STR so podro~ja ~love{kega genoma, v katerih se ljudje med seboj najbolj razlikujemo. Lokusi STR pripadajo nekodogeni DNK in ne kodirajo proteinov. Raztreseni so po vsem genomu. So nevtralni, ker ne nosijo nobene informacije o posamezniku, omogo~ajo pa ugotavljanje identitete. Variabilnost lokusov STR je znotraj populacije tako visoka, da lahko z uporabo ve~jega {tevila lokusov med seboj razlikujemo katerikoli osebi, razen enojaj~nih dvoj~kov. Lokusi STR imajo obliko kratkih, tandemsko ponovljenih nukleotidnih zaporedij, t.i. osnovnih motivov, ki se ponavljajo v {tevilnih identi~nih ali sorodnih kopijah. Polimorfizem lokusov STR torej temelji na variacijah v {tevilu ponovitev osnovnega motiva. Posledica je visoka variabilnost v dol`inah posameznih alelov, kar opi{emo kot dol`inski polimorfizem. Dol`ina osnovnega motiva vseh 14 lokusov STR, ki jih na In{titutu za sodno medicino uporabljamo pri rutinskih preiskavah, so {tirje bazni pari, zato govorimo o tetranukleotidnih lokusih, njihova dol`ina pa ne presega 400 baznih parov. Na sliki 1 je shematsko prikazan dol`inski polimorfizem lokusa TH01. Osnovni motivi so obarvani rumeno, njihovo nukleotidno zaporedje je AATG, mejna podro~ja lokusa pa so obarvana modro. Obe prikazani osebi imata zaradi razli~nega {tevila ponovitev osnovnega motiva na lokusu ONKOLOGIJA / problemi in perspektive Irena Zupaniè Pajniè, Jože Balažic, Radovan Komel, Rastko Golouh Identifikacija tkivnih vzorcev z molekularno-biološkimi metodami 17 razli~no dolge alele. Oseba 1 ima na enem kromosomu osem ponovitev osnovnega motiva in na homolognem kromosomu pet ponovitev, oseba 2 pa ima {est in devet ponovitev osnovnega motiva. Ker ozna~imo alele s {tevilom ponovitev osnovnega motiva, pravimo, da ima oseba 1 na lokusu TH01 alel 8 in alel 5, oseba 2 pa alel 6 in alel 9. Rodovni{ke analize so pokazale, da se lokusi STR razporejajo neodvisno s star{ev na potomce, ka`ejo kodominantno naravo alelov in se dedujejo strogo po Mendlovih zakonih dedovanja, po katerih otrok vedno podeduje en alel od matere in enega od o~eta. Na sliki 2 je Sodnomedicinske genetske preiskave sestavlja ve~ korakov: • izolacija genomske DNK iz razli~nega biolo{kega materiala, • pomno`evanje lokusov STR in odseka amelogeninskega gena v PCR, • lo~evanje amplifikacijskih produktov s kapilarno elektroforezo in dolo~anje genotipov analiziranih vzorcev ter • ocenjevanje mo~i genetskega dokaza. GENETSKO PROFILIRANJE PRI IDENTIFIKACIJI TKIVNIH VZORCEV Kadar nas zanima, ali pripadajo tkiva v parafinskem bloku ali v histolo{kem preparatu isti osebi, moramo izolirati genomsko DNK iz vseh vpra{ljivih vzorcev in jim dolo~iti genetske profile. Da bo odgovor pritrdilen, se morajo genetski profili, dobljeni iz vseh tkiv, popolnoma ujemati na vseh 14 analiziranih lokusih STR. ^e opazimo neujemanje na enem samem lokusu, vzorca ne pripadata isti osebi. Pri tem moramo biti pozorni na to, da v identifikacijske teste vklju~imo le tkiva, ki niso genetsko spremenjena. Veliko pogostnost somatskih mutacij so namre~ opazili prav v ~love{kih tumorjih. Somatske mutacije povzro~ajo razlike v genotipih razli~nih tkiv istega osebka, kar privede do zapletov pri identifikacijah, saj te temeljijo na predpostavki, da imajo vsa tkiva posameznika enak genotip. To pomeni, da tumorjev ne smemo genotipizirati, saj so mikrosatelitna zaporedja v njih pogosto mutirana. ^e pa nas zanima, ali pripada neidentificiran tkivni vzorec dolo~enemu pacientu, vzamemo pacientu malo krvi iz prsta in bris bukalne sluznice ter ju genotipiziramo. Dobljen genetski profil nato primerjamo z genetskim profilom tkiva v parafinskem bloku, katerega izvor ni popolnoma jasen. Tkivni vzorec lahko pozitivno identificiramo le ob popolnem ujemanju dobljenega genetskega profila z genetskim profilom pacienta. Ponovno naj opozorimo, da za identifikacije z genetskim profiliranjem tumorji niso primerni; potrebno je analizirati neprizadeta tkiva. Na sliki 3 je prikazan hipoteti~en primer identifikacije tkivnih vzorcev. Referen~ni vzorec predstavlja genetski profil znanega pacienta, eviden~ni vzorec 1 in 2 pa genetska profila dveh tkivnih vzorcev, katerih identiteto preverjamo. Zaradi jasnej{e predstave so na elektroferogramih prikazani le genetski profili treh lokusov STR, preiskavo pa seveda opravimo na vseh 14 lokusih STR. Ujemanje genetskih profilov opazimo med referen~nim vzorcem (pacient) in eviden~nim vzorcem 1 (tkivni vzorec 1). Oba vzorca imata na lokusu D3S1358 genotip 15/18, na ONKOLOGIJA / problemi in perspektive 18 Slika 1. Shematski prikaz dol`inskega polimorfizma lokusa HUMTH01. Slika 2. Dedovanje lokusov STR. prikazano dedovanje lokusov STR pri treh generacijah. V vsaki generaciji poskrbi spolno razmno`evanje za razli~ne kombinacije alelov. Na na~inu dedovanja lokusov STR temeljijo preverjanja spornih o~etovstev in vse preiskave, pri katerih ugotavljamo bli`nje sorodstvene povezave med posamezniki. Identifikacijski testi, pri katerih ne spremljamo na~ina dedovanja, ampak nas zanima, ali se genetski profili analiziranih vzorcev med seboj popolnoma ujemajo, pa temeljijo na predpostavki, da imajo vsa tkiva posameznika enak genotip. lokusu vWA 16/17 in na lokusu FGA 24/25. Tkivni vzorec 1 torej pripada znanemu pacientu, pri ~emer mora biti ujemanje potrjeno na vseh 14 lokusih STR. Eviden~ni vzorec 2 (tkivni vzorec 2) se na dveh prikazanih lokusih ne ujema z referen~nim vzorcem istega pacienta. Genotip referen~nega vzorca na lokusu D3S1358 je 15/18, eviden~nega vzorca 2 pa 16/16, na lokusu FGA je genotip referen~nega vzorca 24/25, eviden~nega vzorca 2 pa 20/24. Tkivni vzorec 2 zaradi neujemanja torej ne pripada temu pacientu. PRIMERI FORENZI^NIH GENETSKIH IDENTIFIKACIJ Trenutno potekajo v ZDA izredno obse`ne genetske identifikacijske preiskave, kjer posku{ajo s pomo~jo zobnih {~etk in glavnikov pogre{anih oseb identificirati `rtve nedavnega teroristi~nega napada na Svetovni trgovinski center in na Pentagon. Ena najbolj odmevnih in uspe{nih forenzi~nih genetskih raziskav je identifikacija ruske vladarske dru`ine Romanov. Za pozitivno identifikacijo je bilo potrebno analizirati tako jedrno kot mitohondrijsko DNK (mtDNK). S pomo~jo jedrne DNK so lahko preverili maternalno in paternalno povezanost dru`inskih ~lanov, niso pa mogli odgovoriti na vpra{anje, ali gre res za posmrtne ostanke dru`ine Romanov. Jedrna DNK namre~ omogo~a le preverjanje bli`njih sorodstvenih odnosov. Preverjanje sorodnosti med daljnimi sorodniki, ki so med seboj lo~eni z nekaj generacijami, pa zaradi rekombinacije ni mo`no. Edini na~in preverjanja daljnih sorodstvenih povezav je analiza mitohondrijske DNK, saj se ta deduje izklju~no po materi in se ne rekombinira. Pri dru`ini Romanov so preverili identi~nost skeletnih ostankov tako, da so primerjali nukleotidna zaporedja mitohondrijskih DNK z nekaj generacij oddaljenimi, {e `ive~imi potomci po materini liniji. Referen~na oseba za identifikacijo carice Aleksandre in njenih otrok je bil Princ Filip, vojvoda Edinbur{ki, prane~ak carice Aleksandre in mo` angle{ke kraljice Elizabete II. Njegova mtDNK je bila identi~na cari~ini in mtDNK njenih otrok. Še `ive~i referen~ni osebi za identifikacijo carja Nikolaja sta bila vnuk in vnukinja Luise Hesse Cassel in posmrtni ostanki carjevega brata Georgija Romanova, ki je umrl za tuberkulozo leta 1899 in so ga za potrebe te analize ekshumirali v katedrali Svetega Petra in Pavla v Sankt Peterburgu. Tudi tu so potrdili identi~nost mitohondrijskih sekvenc. Z analizo jedrne in mitohondrijske DNK so dokazali, da posmrtni ostanki v domnevnem grobi{~u carske dru`ine v resnici pripadajo dru`ini Romanovih. V grobi{~u so na{li posmrtne ostanke carja Nikolaja II., carice Aleksandre, treh njunih otrok, treh slu`abnikov in dru`inskega zdravnika. Car in carica sta imela {tiri h~erke in sina. Vsi trije najdeni otro{ki skeleti so `enskega spola. V grobi{~u sta torej manjkali trupli carjevi~a Alekseja in ene od h~era, kar predvidevajo tudi zgodovinski viri. Pred ~asom je Delo objavilo novico, da so na{li tudi posmrtne ostanke domnevnega sina in manjkajo~e h~erke, tako da v kratkem pri~akujemo v strokovni literaturi ~lanek o genetski identifikaciji do sedaj manjkajo~ih ~lanov dru`ine Romanov, kar bi dokon~no ovrglo kakr{nekoli dvome o tem, da je najmlaj{a h~i Anastazija pre`ivela grozoviti poboj, o ~emer je bilo veliko polemi~nih razprav. V ZDA je Ana Anderson vse do svoje smrti leta 1984 trdila, da je Anastazija Romanov. Po uspe{ni identifikaciji posmrtnih ostankov Romanovih leta 1992 so z genetsko analizo biolo{kega materiala Ane Anderson (biopsijski vzorec ~revesnega tkiva, ki so ga Andersonovi odvzeli leta 1979 in je bil shranjen v eni od bolni{nic v Virginiji) ovrgli kakr{nokoli sorodstveno povezavo Andersonove z Romanovimi. Literatura: 1. Jeffreys AJ. DNA typing: approaches and applications. J Forensic Sci Soc 1993; 33: 204-211. 2. Fowler JCS, Burgoyne LA, Scott AC, Harding HWJ. Repetitive deoxyribonucleic acid (DNA) and human genome variation - a concise review relevant to forensic biology. J Forensic Sci, 1988; 33: 1111-1126. 3. Hochmeister MN, Budowle B, Jung J, Borer UV, Comey CT, Dirnhofer R. PCR-based typing of DNA extracted from cigarette butts. Int J Legal Med 1991; 104: 229-233. 4. Fridez F, Coquoz R. PCR DNA typing of stamps: evaluation of the DNA extraction. Forensic Sci Int, 1996; 78: 103-110. 5. Herber B, Herold K. DNA typing of human dandruff. J Forensic Sci 1998; 43: 648-656. 6. Tahir MA, Watson N. Typing of DNA HLA-DQα alleles extracted from human nail material using poymerase chain reaction. J Forensic Sci 1995; 40: 634-636. ONKOLOGIJA / problemi in perspektive 19 Slika 3. Primer identifikacije tkivnih vzorcev. 7. Walsh PS, Metzger DA, Higuchi R. Chelex 100 as a medium for simple extraction of DNA for PCR-based typing from forensic material. BioTechniques 1991; 10: 506-513. 8. Benecke M. DNA typing in forensic medicine and in criminal investigations: a current survey. Naturwissenschaften 1997; 84: 181-188. 9. Zupani~ I, Bala`ic J, Komel R. Analysis of nine short tandem repeat (STR) loci in the Slovenian population. Int J Legal Med 1998; 111: 248-250. 10. Zupani~ Pajni~ I, Šterlinko H, Bala`ic J, Komel R. Parentage testing with 14 STR loci and population data for 5 STRs in the Slovenian population. Int J Legal Med 2001; 114: 178-180. 11. Trent RJ. Forensic medicine. In: Trent RJ. Molecular Medicine - an introductory text for students. London: Churchill and Livingstone, 1993: 177-192. 12. Inman K, Rudin N. An introduction to forensic DNA analysis. New York: CRC Press Inc, 1997: 256. 13. Zupani~ I. Genetski detektivi: prepoznavanje oseb in preverjanje sorodstvenih povezav s pomo~jo preiskave DNA. Proteus 1998; 60: 400-405. 14. Pena SDJ, Chakraborty R, Epplen JT, Jeffreys AJ. DNA fingerprinting: state of the science. Basel, Boston, Berlin: Birkhauser Verlag, 1993: 466. 15. Committee on DNA Forensic Science, Commission on DNA Forensic Science, National Research Council. The evaluation of forensic DNA evidence. Washington: National Academy Press, 1996: 254. 16. Gill P, Ivanov PL, Kimpton C, Piercy R, Benson N, Tully G, Evett I, Hagelberg E, Sullivan K. Identification of the remains of the Romanov family by DNA analysis. Nature Genetics 1994; 6: 130-135. ■ ONKOLOGIJA / problemi in perspektive 20