Badania populacyjne mieszkańców Polski południowej zestawem

Kornelia Droździok, Jadwiga Kabiesz, Marcin Tomsia, Joanna Nowicka, Joanna Kulikowska
Katedra i Zakład Medycyny Sądowej i Toksykologii Sądowo-Lekarskiej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego
w Katowicach
Badania populacyjne mieszkańców Polski południowej
zestawem AmpFlSTRSGM PlusTM
Wstęp
W ostatnim dziesięcioleciu polimorficzne mikrosatelitarne sekwencje typu STR znalazły zastosowanie w badaniach dotyczących identyfikacji sprawców przestępstw,
identyfikacji osobniczej oraz profilowaniu śladów biologicznych dla potrzeb wymiaru sprawiedliwości i organów
ścigania. Automatyczna analiza loci STR jest najszybszym
i najskuteczniejszym sposobem indywidualizacji materiału
biologicznego w genetyce sądowej. Jednym z używanych
komercyjnych zestawów do genotypowania jest zestaw
AmpFlSTRSGM PlusTM firmy Applied Biosystems. Zestaw kompleksowej (multipleksowej) reakcji PCR pozwala
na jednoczesną szybką amplifikację 10 loci mikrosatelitarnych STR z różnych miejsc ludzkiego DNA jądrowego.
Badania populacyjne 10 loci STR prowadzono w wielu
regionach Europy, Azji, Australii i obu Ameryk [1]. W Polsce
oznaczano polimorfizm 10 loci STR mieszkańców następujących regionów: Polska zachodnia [2], centralna Polska (region łódzki) [3, 4], centralna Polska [5, 6], Warmia i Mazury
(Polska północno-wschodnia) [7], Podlasie (Polska północno-wschodnia) [8], południowa Polska [9], oraz grup etnicznych: Romowie z obszaru Polski [10], polscy Tatarzy [11].
W pracy przedstawiono wyniki badań polimorfizmu
DNA komercyjnym zestawem AmpFlSTRSGM PlusTM
firmy Applied Biosystems: D3S1358, VWA, D16S539,
D2S1338, AMEL, D8S1179, D21S11, D18S51, D19S433,
TH01 i FGA w populacji Polski południowej.
Cele pracy
–
–
–
określenie częstości występowania alleli w zakresie
loci autosomalnych STR: D3S1358, VWA, D16S539,
D2S1338, AMEL, D8S1179, D21S11, D18S51,
D19S433, TH01 i FGA w populacji Polski południowej;
ocena zgodności rozkładu alleli poszczególnych loci
z prawem Hardy’ego–Weinberga
obliczenie parametrów oceniających przydatność poszczególnych loci STR w genetyce sądowej.
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 282(4) 2013
Materiał i metodyka
Materiał do badań stanowiły krew lub wymazy z jamy
ustnej 704 dorosłych niespokrewnionych osobników płci
męskiej (354 osoby) i żeńskiej (350 osób) zamieszkujących
obszar Polski południowej. DNA izolowano zestawem do
izolacji DNA – Blood DNA Prep Plus firmy A&A Biotechnology [12] oraz zestawem EZ1 Tissue DNA Kit w BIOROBOCIE EZ firmy QIAGEN [13]. Stężenie DNA określano metodą spektrofotometryczną w aparacie NanoDrop
ND-1000 Spectrofotometr firmy Thermo Fisher Scientific
TK Biotech. Reakcję PCR prowadzono w termocyklerze
GeneAmp PCR System 2700 i 9700 firmy Applied Biosystems zgodnie z rekomendacją producenta zestawu do
typowania próbek AmpFlSTRSGM PlusTM [1]. Produkty
amplifikacji PCR rozdzielano techniką elektroforezy kapilarnej na automatycznym analizatorze genetycznym 3130
Genetic Analyzer firmy Applied Biosystems, jako standardu wielkości DNA użyto markera GeneScan-500 LIZ
(Applied Biosystems). Allele określano w odniesieniu do
drabin allelicznych i definiowano zgodnie z międzynarodowym nazewnictwem przy użyciu programu komputerowego GeneMapper ID v.3.2 software (Applied Biosystems).
Określano profile 10 loci autosomalnych DNA i genu amelogeniny charakterystycznego dla płci badanych osób.
Opracowanie wyników stanowiło wyliczenie obserwowanych i oczekiwanych liczebności i częstości genotypów oraz częstości alleli przy zastosowaniu równania
Hardy’ego–Weinberga.
W badaniach statystycznych ocenę zgodności między
oczekiwanymi i obserwowanymi genotypami – ocenę równowagi Hardy’ego–Weinberga – obliczono z zastosowaniem
testu χ2 i testu Exact z użyciem programu TFPGA [14, 15].
Charakterystykę statystyczną poszczególnych loci wykonano, stosując program FatRec. Wyliczono: siłę dyskryminacji
PD, heterozygotyczność obserwowaną Htobs., heterozygotycz
-ność oczekiwaną Htocz., prawdopodobieństwo przypadkowej
zgodności profili genetycznych PM, siłę wykluczeniową
układu MEC, współczynnik informacji polimorficznej PIC,
średnie prawdopodobieństwo wykluczenia MEP.
17
Z PRAKTYKI
Wyniki i omówienie
Tabela 1 przedstawia częstości występowania alleli
w obrębie 10 loci STR w badanej populacji południowej
Polski. Analiza danych na podstawie testu χ2 i testu Exact
wykazała, że badana populacja południowej Polski w zakresie 10 loci STR znajduje się w równowadze genetycznej zgodnej z prawem Hardy’ego–Weinberga (p > 0,005)
z uwagi na zgodność między danymi oczekiwanymi i obserwowanymi.
W zakresie loci: D3S1358, VWA, D16S539, D2S1338,
D8S1179, D18S51, D19S433, TH01 i FGA pojawiły się
allele występujące rzadko. Allele te były również obserwowane w innych rejonach Polski. W obrębie locus
D21S11 pojawił się osobnik z allelem 24,2 i 35,2, w locus
D18S51 z allelem 18,2 – nieopisywanymi w literaturze
polskiej.
Częstości alleli w badanej populacji południowej Polski nie odbiegały od danych zamieszczonych w literaturze
dla innych populacji Polski. Porównanie częstości alleli
występujących w zakresie 10 loci STR nie wykazało znamiennych statystycznie różnic dla populacji południowej
Polski i pozostałych regionów Polski. Natomiast znamienne statystycznie różnice ujawniono, porównując populację
Polski południowej z populacją Romów i Tatarów. Wyjątek
stanowiły loci: D8S1179, D19S433 i FGA.
Tabela 2 przedstawia parametry statystyczne 10 loci
STR wskazujące na ich dużą przydatność w medycynie
sądowej. We wszystkich loci z wyjątkiem D16S539 wartość PD przekroczyła 0,9.
Tabela 1
Częstości alleli 10 loci STR w populacji Polski południowej
Allele frequencies for AmpFlSTRSGM PlusTM (10 loci STR) in populations of Southern Poland
Allele
D3S1358
VWA
D16S539
D2S1338
D8S1179
D21S11
D18S51
D19S433
TH01
FGA
N
5
6
7
8
9
9,3
10
11
12
13
13,2
14
14,2
15
15,2
16
16,2
17
17,2
18
18,2
19
19,2
20
20,2
21
21,2
22
22,2
23
23,2
24
24,2
25
704
0,0007
0,0028
0,1314
0,2422
0,2450
0,2159
0,1477
0,0128
0,0014
-
704
0,0043
0,1037
0,0966
0,1790
0,2813
0,2379
0,0817
0,0135
0,0021
-
704
0,0050
0,0980
0,0398
0,2614
0,3501
0,2081
0,0369
0,0007
-
704
0,0511
0,1882
0,0810
0,1286
0,1413
0,0327
0,0213
0,0930
0,1151
0,1200
704
0,0085
0,0192
0,0589
0,0668
0,1605
0,3281
0,2237
0,1023
0,0270
0,0043
0,0007
-
704
0,0007
-
704
0,0050
0,0170
0,1037
0,0938
0,1520
0,1648
0,1768
0,1122
0,0874
0,0007
0,0447
0,0178
0,0163
0,0057
0,0021
-
704
0,0007
0,0028
0,0888
0,2251
0,0206
0,3743
0,0156
0,1683
0,0291
0,0305
0,0263
0,0064
0,0092
0,0014
0,0007
-
704
0,0021
0,2237
0,1442
0,0966
0,2138
0,3111
0,0085
-
704
0,0007
0,0014
0,0121
0,0852
0,1470
0,0014
0,1825
0,0043
0,1882
0,0114
0,1349
0,0121
0,1179
0,0014
0,0739
18
-
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 282(4) 2013
Z PRAKTYKI
Allele
D3S1358
VWA
D16S539
D2S1338
D8S1179
D21S11
D18S51
D19S433
TH01
FGA
26
27
28
29
30
30,2
31
31,2
32
32,2
33
33,2
34,2
35,2
-
-
-
0,0234
0,0028
0,0014
-
-
0,0021
0,0291
0,1733
0,2131
0,2223
0,0547
0,0611
0,0959
0,0128
0,0909
0,0007
0,0384
0,0043
0,0007
-
-
-
0,0220
0,0036
-
χ 2df test
p
χ 236 27,345 χ 236 28,112 χ 228 24,773 χ 278 66,502 χ 255 45,749 χ 2105116,458 χ 2105 97,541 χ 2105 65,721 χ 221 55,438 χ 2136137,838
0,8499
0,8234
0,6402
0,8203
0,8087
0,2091
0,6849
0,7834
0,6310
0,4398
Źródło: (tab. 1–2) opracowanie własne
Tabela 2
Porównanie własności statystycznych poszczególnych systemów STR zestawu
AmpFlSTRSGM PlusTM w populacji Polski południowej
Comparison of statistical parameters of STR system AmpFlSTRSGM PlusTM in populations of Southern Poland
Układ system
PD
PIC
MEC
PM
Hobs.
D3S1358
0,9239
0,7636
0,5920
0,0761
0,8068
0,6118
VWA
0,9334
0,7781
0,6178
0,0666
0,7940
0,5880
D16S539
0,8997
0,7140
0,5306
0,1003
0,7472
0,5049
D2S1338
0,9727
0,8687
0,7585
0,0273
0,8750
0,7571
D8S1179
0,9312
0,7706
0,6119
0,0688
0,8026
0,6038
D21S11
0,9711
0,8769
0,7722
0,0289
0,8667
0,7280
MEP
D18S51
0,9705
0,8630
0,7490
0,0295
0,8835
0,7619
D19S433
0,9165
0,7398
0,5727
0,0835
0,7472
0,5049
TH01
0,9132
0,7422
0,5640
0,0868
0,7798
0,5622
FGA
0,9658
0,8488
0,7255
0,0342
0,8594
0,7134
Wnioski
Badana populacja znajduje się w równowadze genetycznej zgodnej z prawem Hardy’ego–Weinberga. Zgodność częstości alleli dla 10 loci STR w badanej populacji pozwala na
zastosowanie markerów w badaniach kryminalistycznych.
Parametry statystyczne charakteryzujące dziesięć
analizowanych loci STR wskazują na wysoką przydatność
markerów w identyfikacji sprawców przestępstw oraz profilowaniu śladów biologicznych na potrzeby wymiaru sprawiedliwości i organów ścigania.
Argumentem przemawiającym za stosowaniem zestawu 10 loci STR w praktyce genetyka sądowego w badaniu śladów biologicznych jest niski koszty analizy, co ma
znaczenie w badaniach przesiewowych przy dużej liczbie
próbek.
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 282(4) 2013
BIBLIOGRAFIA
1. Applied Biosystems, AmpFlSTR IdentifilerTM PCR
Amplification Kit User’s Manual, Foster City, CA, P/N
4323291, 08/2006.
2. Sołtyszewski I., Pepiński W., Piątek J., Żuk J.,
Jóźwiak R., Janica J.: Genetic data on 10 STR loci a population of western Poland, „Forensic Sci. Int.” 2006, 161,
69–71.
3. Jacewicz R., Berent J., Prośniak A., Kadłubek M.,
Szram S.: Genetic diversity and forensic evaluation of 10
STR loci In Łódź region of Poland, „Forensic Sci. Int.”,
2003, 137, 94–96.
4. Jacewicz R., Berent J., Bąbol K., Szram S.: Rozkład
częstości alleli w 10 loci STR w regionie centralnej Polski,
„Arch. Med. Sąd. Krym.”
19
Z PRAKTYKI
5. Kuźniar P., Sołtyszewski I., Płoski R.: Population
genetics of 10 STR loci in a population of Central Poland,
„Forensic Sci. Int.” 2002, 130, 55–57.
6. Tucholska-Lenart A., Wujec J., Samborski J.,
Grejcz-Jakubowska E.: Allele frequencies for 10 STR loci
in a population from central Poland, „Forensic Sci. Int.”
2002, 129, 131–133.
7. Sołtyszewski I., Pepiński W., Skowrońska M., Koc-Żorawska E., Niemcunowicz-Janica A., Janica J.: STR
data for the AmpFlSTR SGM Plus loci from Warmia and
Mazury (NE Poland), „Forensic Sci. Int.” 2004, 141, 69–71.
8. Pepiński W., Skowrońska M., Janica J., Niemcunowicz-Janica A., Sołtyszewski I., Wardaszka Z.: Genetyka populacyjna 10 loci typu STR w próbce populacyjnej
Podlasia (Polska północno-wschodnia), „Arch. Med. Sąd.
Krym.” 2003.
9. Wolańska-Nowak P., Branicki W., Kupiec T.: STR
data for SGM Plus and penta E and D loci in a population
sample from south Poland, „Forensic Sci. Int.” 2002, 127,
237–239.
10. Michalczak R., Kałużewski B., Berent J.: Genetyczny polimorfizm 10 loci STR (AmpFlSTR SGM PlusTM
System) w populacji Romów z obszaru Polski, „Ann. Ac.
Med. Stet” 2007, 53, suppl. 2, 136–138.
11. Pepiński W., Janica J., Aleksandrowicz-Bukin M.,
Skawrońska M., Koc-Żórawska E., Niemcunowicz-Janica A.:
Population genetics of 10 short tandem repeat (STR) loci in
a population sample of ethnic group Polish Tatars living in
the Podlasie area (Northeastern Poland), „Fol. Morphol.”
2004, 63, 249–252.
12. A&A Biotechnology, 2004, Uniwersalny zestaw do
izolacji DNA z krwi.
13. Qiagen EZ1 DNA Handbook, 02, 2004.
14. Brenner C., Morris J.W.: Paternity index calculations in single locus hypervariable DNA probes validation
and other studies. Proceedings from International Symposium of Human Identification, Promega Corporation, 1989,
21–53.
15. Miller M.: Tools for population Genetic Analyses
(TFPGA). 1997, 3, Free program distributed by author over
the internet at http:/herb.bio.nau.edu/~mille/tfpga.thtm.
alleli wyliczono wybrane parametry statystyczne (PD, PIC, MEC, PM,
Ht i MEP) wskazujące na dużą przydatność analizowanych loci w medycynie sądowej.
Słowa kluczowe: AmpFlSTRSGM PlusTM , loci STR, populacja
południowej Polski, genetyka populacyjna, analiza statystyczna
Summary
In the paper the authors show the results of population research
on STR loci: D3S1358,VWA,D16S539, D2S1338, AMEL, D8S1179,
D21S11, D18S51, D19S433, THO1 and FGA in a representative
sample of 704 unrelated men and women coming from Southern Poland
with the use of an AmpFISTR®SGM PlusTM kit (A&A Biotechnology).
The aim of the research was to study the distribution of allele
frequencies of 10 autosomal STR loci in south Poland population, show
genetic balance in agreement with Hardy-Weinberg’s law as well as to
calculate and compare statistical parameters (PD,PIC, MEC, PM, Ht
and MEP) which allowed to assess the usefulness of the genetic markers
for paternity testing and forensic identification purposes.
Keywords: AmpFlSTRSGM PlusTM, loci STR, population of
Southern Poland, population genetics, statistical analysis
Streszczenie
Praca przedstawia wyniki badań populacyjnych w obrębie 10 loci
STR na podstawie komercyjnego zestawu AmpFlSTRSGM PlusTM firmy Applied Biosystems: D3S1358, VWA, D16S539, D2S1338, AMEL,
D8S1179, D21S11, D18S51, D19S433, TH01 i FGA w populacji Polski
południowej. Badania przeprowadzono w grupie 704 osobników dorosłych, niespokrewnionych, płci męskiej i żeńskiej, zamieszkujących na
terenie Polski południowej. Cele niniejszej pracy to: określenie częstości
występowania alleli 10 autosomalnych loci STR w populacji Polski południowej, ocena zgodności rozkładu alleli z prawem Hardy’ego–Weinberga, obliczenie parametrów oceniających przydatność markerów w genetyce sądowej i ich porównanie. Na podstawie uzyskanych częstości
20
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 282(4) 2013