30. Oktober 2020 • Artikelserie Kriminaltechnik & Forensik

DNA – wie war das noch gleich?

Bei dem ein oder anderen ist der Biounterricht vielleicht schon etwas länger her. Kein Problem. Hier folgt eine kurze Auffrischung der wichtigsten Punkte.

Die DNA (engl. Deoxyribonucleic acid) zu Deutsch Desoxyribonukleinsäure (kurz: DNS) ist ein langes, spiralförmig gedrehtes Makromolekül, auf dem unsere Erbinformationen liegen. Die DNA befindet sich im Zellkern jeder Zelle unseres Körpers (mit Ausnahme der roten Blutkörperchen) und liegt dort gebündelt in Form von Chromosomen vor. Im Normalzustand ist die DNA in Form einer Doppelhelix aufgebaut, bestehend aus zwei sich umwindenden Einzelsträngen. Diese bestehen aus je drei Grundbausteinen, den sogenannten Nukleotiden. Ein Nukleotid setzt sich aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen (Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin) zusammen. Dabei lagern sich jedoch immer nur Adenin mit Thymin sowie Cytosin mit Guanin zusammen an. Die gesamte DNA ist aus mehreren Milliarden dieser Basenpaare aufgebaut, die in unterschiedlicher Abfolge die Doppelhelix bilden.

In der DNA gibt es bestimmte Abschnitte, die Gene, die die eigentlichen Erbinformationen codieren. Sie enthalten den „Bauplan“ für die Bildung bestimmter Proteine. Somit tragen sie auch den individuellen Bauplan unseres Körpers mit allen damit verbundenen Funktionen. Diese Abschnitte machen jedoch nur ca. 3 Prozent der gesamten DNA aus. Der überwiegende Teil der DNA (97 Prozent) ist „nicht-codierend“, d.h., sie enthält keine Erbinformation (Gene) für die Sequenz von Proteinen. Innerhalb dieser nicht-codierenden Bereiche gibt es Abschnitte, die aus Wiederholungen derselben kurzen Basenpaarsequenzen bestehen. Diese kurz hintereinander auftretenden Wiederholungen nennt man Short Tandem Repeats (STRs). Und genau diese jeweilige Anzahl an STRs ist von Individuum zu Individuum verschieden, weshalb ihre Untersuchung u.a. zur Identifizierung von Tätern genutzt wird.

DNA-Fingerprinting – die Methode

Um nun aus den am Tatort gesicherten Spuren einen genetischen Fingerabdruck zu erstellen, kommen im Labor zwei molekularbiologische Methoden zum Einsatz. Zunächst muss die DNA mithilfe der PCR vervielfältigt und anschließend mittels Elektrophorese aufgetrennt und sichtbar gemacht werden.

• Die PCR

Mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction = PCR) können ausgewählte DNA-Sequenzen künstlich vervielfältigt werden. Wie das im Detail funktioniert, soll diese Grafik veranschaulichen.

Als erstes isoliert man die zu vervielfältigende DNA-Sequenz aus der Spur. Danach fügt man verschiedene „Zutaten“ hinzu:

• Polymerasen (Enzyme, die für die Verdopplung der DNA zuständig sind)
• Nukleotide (die Grundbausteine der DNA s.o.)
• Primer (künstliche, kurze Nukleotidketten als Starter für Polymerase)

Dieses Gemisch kommt dann in ein kleines Plastikröhrchen und wird in einen sogenannten Thermocycler gestellt.

1. Im ersten Schritt wird bei einer Temperatur 94-96° der DNA-Doppelstrang aufgetrennt. Dieser Prozess wird Denaturierung (engl. Denaturation) genannt.

2. Im zweiten Schritt folgt die Primerhybridisierung (engl. Primer Annealing), bei der das Gemisch auf 65-68° (genaue Temp. hängt von Primer ab) abgekühlt wird, sodass sich die Primer an den Einzelsträngen anlagern können.

3. Als dritter Schritt bindet die DNA-Polymerase (gelb in der Abb.) an DNA und Primer an und synthetisiert die entsprechenden Nukleotide, die für die Bildung des neuen Strangs notwendig sind.

Innerhalb weniger Minuten sind nun aus einem Doppelstrang zwei identische Doppelstränge geworden. Dieser Vorgang kann anschließend 30-40 Mal wiederholt werden, wobei es jedes Mal zu einer Verdopplung der ausgewählten DNA kommt.

• Die Gelelektrophorese

Mit der Gelelektrophorese kann man Moleküle voneinander trennen und sichtbar machen. Um die vervielfältigten DNA-Kopien (STRs) miteinander vergleichen zu können, müssen sie nach ihrer Länge sortiert werden. Dies wird mithilfe einer Gelmatrix, durch die die Moleküle wandern können und einem elektrischen Feld (eine Seite positiv, eine negativ geladen) erreicht. Die DNA-Mischung ist negativ geladen und wandert daher unter Einfluss des elektrischen Feldes zum positiven Pol. Da die Moleküle unterschiedlich groß und damit unterschiedlich stark oder schwach geladen sind, wandern kürzere Moleküle schneller und längere langsamer durch das Gel. Nach diesem Prinzip lagern sich Moleküle mit gleicher Größe in bestimmten Banden zusammen an. Dieses dabei entstehende individuelle Bandenmuster kann anschließend mit Farbstoffen und UV-Licht sichtbar gemacht werden. 

Vergleicht man also die am Tatort gefundene DNA mit der DNA eines Tatverdächtigen, wäre das Bandenmuster im Falle einer Übereinstimmung identisch. Allein die Übereinstimmung der DNA reicht natürlich noch nicht aus, um einen Täter zu überführen. Werden beispielsweise DNA-Spuren an oder in der Nähe einer Leiche gefunden, heißt das zunächst nur, dass die Person am Tatort war oder Kontakt zur Verstorbenen Person hatte, nicht aber, dass sie auch der Mörder ist. Nicht jeder genetische Fingerabdruck führt automatisch zum Täter.

Eine ähnliche, aber modernere und schnellere Trennmethode stellt die Kapillarelektrophorese dar. Dabei wird die DNA, ebenfalls über ein elektrisches Feld, durch eine dünne Kapillare geleitet an dessen Ende ein Laser installiert ist. Kleinere DNA-Moleküle wandern hier auch schneller durch die Kapillare als größere. Zuvor werden die Primer mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert, der später mithilfe des Lasers zum Leuchten gebracht wird. Dieses Leuchten wird dann ermittelt und erscheint bei der Auswertung als Spitze (Peak). So kann jede Farbe gespeichert und in die entsprechende Base umgeschrieben werden, für die die jeweilige Farbe steht.

Nach Durchführung dieser Verfahren ist der genetische Fingerabdruck erstellt. Die unterschiedlichen Fragmentlängenprofile werden als Zahlenmuster gespeichert. So ist ein schneller Vergleich der Ergebnisse in einer Datenbank möglich. Der genetische Fingerabdruck ist am Ende also nicht mehr als eine Tabelle.

Speicherung

Die genetischen Fingerabdrücke werden in der DNA-Analyse-Datei (DAD) beim Bundeskriminalamt (BKA) gespeichert. Die Datenbank gibt es seit 1998 in Deutschland und umfasst ca. 1,2 Millionen Datensätze. Darunter ca. 870.000 Personendatensätze (genetische Fingerabdrücke) und 358.000 Spurendatensätze, also Tatortspuren unbekannter Personen (Stand März 2020). Im vergangenen Jahr konnten knapp 19.000 Spuren einem Spurenverursacher zugeordnet werden und mehr als 5.100 Spur-Spur-Treffer verzeichnet werden. Spur-Spur-Treffer sind Spuren von demselben Spurenverursacher an verschiedenen Tatorten. Feste Löschfristen für die genetischen Fingerabdrücke gibt es übrigens nicht. Nach § 77 Abs. 1 Bundeskriminalamtgesetz (BKAG) muss aber in regelmäßigen Abständen geprüft werden, ob die Speichervoraussetzungen für die Daten noch gegeben sind. Wenn dies nicht der Fall ist und sie beispielsweise zur Aufgabenerfüllung nicht mehr erforderlich sind, müssen die Daten gelöscht werden.

Ausweitung der DNA-Analyse

Bis Ende 2019 durfte die DNA-Analyse rechtlich gesehen ausschließlich zur Identifizierung von Personen genutzt werden und nicht, um sonstige Eigenschaften wie äußerliche Merkmale herauszufinden. Außer dem Geschlecht wurden bis dato keine weiteren Informationen erfasst. Genau dies änderte aber vor einem Jahr ein Gesetzesentwurf. Der 2017 von den beiden Ländern Bayern und Baden-Württemberg vorgestellte Antrag, sollte die DNA-Analyse auf die Merkmale Haar-, Haut- und Augenfarbe sowie Alter ausweiten. Bayern wünschte sich sogar eine Analyse der biogeografischen Herkunft.

Im Dezember 2019 ist das Gesetz zur „Modernisierung des Strafverfahrens“ dann in Kraft getreten. Sofern unbekannt ist, von welcher Person das Spurenmaterial stammt, dürfen jetzt Untersuchungen über Augen-, Haar und Hautfarbe sowie über das Alter gemacht werden.

Über das Für und Wider des Entwurfs sprachen diverse Punkte. So handelt es sich bei der Analyse von den gewünschten Merkmalen um Eingriffe in das Recht auf informationelle Selbstbestimmung. Befürworter sagten hingegen, dass Merkmale wie Augen-, Haar- oder Hautfarbe keine Informationen seien, die nicht auch von Zeugen oder Videokameras aufgenommen werden könnten. Nicht erlaubt ist weiterhin die Bestimmung der biogeografischen Herkunft. Die Bundesregierung hat sich aus Sorge vor Diskriminierung und Racial Profiling bewusst dagegen entschieden.

An der Verlässlichkeit dieser erweiterten Analyse wird auch gezweifelt. Grundsätzlich lassen sich damit nur Wahrscheinlichkeiten für ein bestimmtes Merkmal ableiten. Diese lägen zwar in einem relativ hohen Prozentbereich, unterscheiden sich aber je nach Augen-, Haar und Hautfarbe. Bei einer gemischten Augenfarbe z. B. wird die Genauigkeit der Vorhersage zusätzlich geringer. Auch das eindeutige Alter kann nicht vorhergesagt werden. Möglich sind Abweichung von drei bis fünf Jahren, in Einzelfällen sogar von bis zu zehn Jahren.

Einerseits ist es gut, dass es weitere Methoden gibt, den Kreis der Tatverdächtigen einzugrenzen. Andererseits besteht damit auch die Chance, dass die Polizei sich aufgrund der DNA-Ergebnisse fehlleiten lässt. Wenn statt einer blonden Person, eine braunhaarige gesucht wird, können sich die Ermittlungen verzögern. Von der Tatsache, dass sich Personen, durch Haare färben etc., optisch auch jederzeit verändern können mal ganz abgesehen.