W 1990 roku oficjalnie rozpoczęto projekt poznania sekwencji genomu człowieka. Poznanie zmienności genomu człowieka to bez wątpienia dla nauk biomedycznych krok na miarę lądowania na księżycu. Dziś po ponad 20 latach od ukazania się głośnych publikacji w Science i Nature widzimy szereg praktycznych korzyści, także dla kryminalistyki. Prześledzimy je w genoverity.pl.

Żyjemy w czasach szybkiego rozwoju technologii, który wywiera ogromny wpływ na różne obszary życia społecznego. Pod wpływem technologii zmienił się również świat kryminalistyki. Zasada „każdy kontakt pozostawia ślad” nie straciła na znaczeniu, ale współczesna kryminalistyka dysponuje nieporównanie większymi możliwościami niż te, z których korzystał twórca teorii transferu – dr Edmond Locard. Jednym z najważniejszych wydarzeń w obszarze badania śladów kryminalistycznych było opracowanie metod analizy DNA służących identyfikacji człowieka. Stosowane w tym celu tzw. markery niekodujące o wysokiej zmienności nie wyczerpują jednak wszystkich korzyści, jakie może przynieść kryminalistyce analiza DNA. W genomie człowieka, który zawiera ok. 20 tysięcy genów, zapisane są wszelkie instrukcje dotyczące fenotypu, w tym cech naszego wyglądu. O ich zróżnicowanie śledczy pytają świadków zdarzenia starając się przybliżyć wygląd przestępcy. Informacje te można dziś uzyskać badając ślad biologiczny ujawniony na miejscu zdarzenia kryminalnego. Analiza śladu DNA pozwoli także poznać wiek, a także wiele elementów stylu życia jego właściciela. Śledczy ustalą, czy pali papierosy lub nadużywa alkoholu, dowiedzą się czy prowadzi aktywny tryb życia. Co więcej, genom zawiera informacje o pokrewieństwie, którego analiza umożliwia wykrycie przestępców poprzez przeszukanie baz zawierających dane DNA ich krewnych. Współczesna genetyka sądowa, to nie tylko identyfikacja poprzez porównanie zgodności profili DNA, ale również ukierunkowanie śledztwa poprzez ujawnienie istotnych informacji o nieznanym sprawcy przestępstwa.

Projekt Poznania Genomu Człowieka (HGP) przyniósł w latach 2001 i 2004 przełomowe publikacje, które otworzyły nowy rozdział w badaniach nad zmiennością DNA. Dzięki jednoczesnemu rozwojowi technologii analizy DNA oraz technologii informatycznych, możliwe stało się badanie zmienności DNA na skalę populacyjną. Pierwsze mikromacierze DNA o niskiej gęstości z 2006 roku (HumanHap300 BeadChip) umożliwiały analizę nieco ponad 300 tysięcy najczęstszych wariantów DNA w genomie człowieka. Te obecnie stosowane (HumanOmni5-Quad BeadChip) pozwalają na zbadanie ponad 4,3 milionów miejsc, a więc również wielu polimorfizmów rzadkich. Dzięki rozwojowi technologii wysokoprzepustowego sekwencjonowania DNA praktyczne stało się nie tylko badanie pojedynczych genów, ale także eksomu, a wreszcie całego genomu człowieka. 

 Projekty badawcze HapMap, a następnie 1000 genomów, które stanowiły naturalną kontynuację projektu HGP, dostarczyły danych na temat zmienności genomu człowieka, z których istotnie skorzystała genetyka sądowa. Wprawdzie badania te nie odnosiły bezpośrednio zmienności DNA do fenotypu, ale poprzez zbadanie osób z różnych populacji zidentyfikowano markery pochodzenia biogeograficznego. Od 2007 roku pojawiło się wiele raportów z badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS), w których przedstawiono geny odpowiedzialne za zróżnicowanie cech fizycznych. Opracowane w konsekwencji narzędzia predykcyjne w istotny sposób zwiększają możliwości opisu nieznanego sprawcy przestępstwa. Wreszcie, zgromadzone dane o zmienności DNA posłużyły do opracowania algorytmów, które uwzględniając liczbę i długość (wyrażoną w centy-Morganach) autosomalnych segmentów genomu współdzielonych przez dwie osoby (IBD) dają możliwość wykrycia dalekiego pokrewieństwa pomiędzy nimi. Analiza pozwala na wykrycie krewnych od pierwszego do piątego stopnia, co skutecznie ukierunkowuje prowadzone śledztwo. Postępy w wiedzy na temat zmienności genomu człowieka sprawiły, że współczesna kryminalistyka dysponuje narzędziami o potencjale wykrywczym, które umożliwiają rozwikłanie nawet najbardziej trudnych przypadków.

Omawiając metody DNA umożliwiające ukierunkowanie śledztwa i wykrywanie nieznanych sprawców przestępstw nie można pominąć sprawdzonych rozwiązań śledczych.

 Prostym, a przy tym niezwykle skutecznym narzędziem DNA stosowanym od prawie trzydziestu lat przez organy ścigania do wykrywania przestępców są narodowe bazy danych DNA. Przepisy regulujące działanie tych baz danych różnią się w poszczególnych krajach zwłaszcza w kwestii kryteriów włączania oraz usuwania profili DNA, ale ogólna zasada ich funkcjonowania jest podobna. Baza gromadzi profile DNA w zakresie markerów mikrosatelitarnych (STR) wraz z danymi osobowymi zarejestrowanych. Funkcjonalność identyfikacyjna bazy wymaga porównania tych profili DNA z profilami z śladów biologicznych zabezpieczonych na miejscu przestępstw. Zgodność profilu DNA pozostawionego przez sprawcę na miejscu przestępstwa z profilem zarejestrowanym w bazie umożliwia szybką identyfikację recydywisty. Kryteria włączenia do bazy mogą być wąskie i uwzględniać osoby skazane w poważnych sprawach kryminalnych, ale zazwyczaj są szersze i umożliwiają rejestrację osób skazanych za drobne przestępstwa. Decyzja Rady Unii Europejskiej z 2008 roku nie tylko zobligowała państwa członkowskie do utworzenia kryminalistycznych baz danych DNA, ale też umożliwiła zautomatyzowane przeszukiwanie rejestrów, co doprowadziło do powstania tzw. systemu Prüm – skutecznego narzędzia śledczego o ogromnym potencjale wykrywczym (w Europie zarejestrowanych jest ponad 13 milionów profili DNA). Polska jest aktywnym uczestnikiem systemu Prüm, do którego przystąpiła w 2013 roku. Najstarszą i jedną z największych baz danych DNA jest National Criminal Intelligence DNA Database utworzona w Wielkiej Brytanii w 1995 roku, w której obecnie znajduje się około 6 milionów profili DNA. Bazy danych DNA usprawniają działanie organów śledczych w większości dobrze rozwiniętych krajów na świecie. W niektórych państwach, również w Polsce, przepisy umożliwiają gromadzenie danych DNA ze zwłok o nieustalonej tożsamości, a także od krewnych osób zaginionych, co dodatkowo poszerza funkcjonalność identyfikacyjną bazy danych. Wreszcie, skuteczność wykrywczą baz danych DNA znacznie zwiększa opcja przeszukiwania rodzinnego. Zastosowanie to, w związku z naturą profili STR, ogranicza się wprawdzie do najbliższych krewnych, ale i tak w dużym stopniu poszerza to możliwości ukierunkowania śledztwa. Jak wspomniano wcześniej, do czego wkrótce wrócimy, analiza dalekiego pokrewieństwa może być potężnym narzędziem śledczym. 

Średnio 0,78% DNA dzielimy z naszymi kuzynami trzeciego stopnia. W miarę wzrostu pokrewieństwa, ilość współdzielonego DNA rośnie, by przypadku kuzynów pierwszego stopnia osiągnąć poziom 12,5%. Jednym z praktycznych zastosowań poznania zmienności DNA człowieka jest możliwość analizy dalekiego pokrewieństwa, w tym identyfikacji nieznanych krewnych i poznawania własnej historii rodzinnej. Już w 2000 roku udostępniono pierwszy komercyjny test opracowany przez FamilyTreeDNA, który umożliwiał badania DNA w tym kierunku na zasadzie oferty skierowanej bezpośrednio do konsumenta (ang. „direct-to-consumer”). Obecnie na rynku działa kilku podobnych usługodawców, a zasoby danych genetycznych zgromadzonych w genealogicznych bazach danych sięgają kilkudziesięciu milionów profili. Jeśli mój daleki krewny przesłał swoją próbkę DNA do jednej z tych publicznych baz danych, to ustalenie mojej tożsamość może stać się możliwe nawet bez próbki porównawczej. 

Szeroko dyskutowana w literaturze fachowej i mediach sprawa identyfikacji seryjnego zabójcy znanego jako „Golden State Killer”, który w latach 1974–1986 terroryzował Kalifornię jest doskonałym dowodem na użyteczność wykrywczą genealogicznych baz danych. Odnalezienie autosomalnych segmentów genomu współdzielonych (ang. identical by descent, IBD) przez tego przestępcę i jego krewnego, który przesłał swoją próbkę DNA do genealogicznej bazy danych, pozwoliło sukces po 44 latach poszukiwań przestępcy z Kalifornii. Pochodzące od wspólnych przodków segmenty DNA o całkowitej długości około 100 centyMorganów (cM) wskazały na pokrewieństwo na poziomie kuzynów trzeciego stopnia. Dla orientacji, jeden centyMorgan odpowiada średnio 1 milionowi par zasad w genomie człowieka. Dalsza praca operacyjna polegała na analizie ponad 20 opracowanych drzew genealogicznych i zawężaniu grupy wytypowanych osób za pomocą informacji o miejscu zamieszkania, płci oraz wieku. W przypadku „Golden State Killera” procedura ta doprowadziła do dwóch podejrzanych, w tym Josepha DeAngelo, któremu ostatecznie postawiono zarzut 13 zabójstw. Założona w 2010 roku baza danych GEDmatch, która była pomocna w identyfikacji tego i wielu innych groźnych przestępców, w 2019 roku stała się własnością firmy Verogen działającej w obszarze genomiki sądowej. W połączeniu z metodą do wielkoskalowej analizy polimorfizmu SNP, baza stanowi przełomowe i wciąż zwiększające swój potencjał narzędzie śledcze.  

Niezwykle udany debiut identyfikacyjnych markerów DNA w kryminalistyce nastąpił poprzez masowe badania DNA. Analizę markerów minisatelitarnych DNA przeprowadzono w próbkach pobranych od 5 tysięcy mężczyzn, w związku z dwoma zabójstwami zgwałconych wcześniej piętnastolatek z hrabstwa Leicestershire popełnionymi w latach 1983 i 1986. Metoda identyfikacji poprzez analizę markerów minisatelitarnych DNA została opublikowana w czasopiśmie Nature w 1985 roku. Spektakularne działania śledcze doprowadziły do wykrycia i skazania sprawcy. Masowe badania DNA prowadzi się, gdy zabezpieczony na miejscu zdarzenia kryminalnego DNA sprawcy pozostaje anonimowy po zweryfikowaniu hipotez śledczych, zazwyczaj w najpoważniejszych sprawach kryminalnych. Wdrożenie markerów mikrosatelitarnych (STR) w genetyce sądowej wprawdzie ułatwiło sam proces badawczy, ale masowe badania DNA pozostają dla wymiaru sprawiedliwości wyzwaniem ekonomicznym i logistycznym. Z analizy przeprowadzonej przez Europejską Sieć Instytutów Ekspertyz Sadowych ENFSI wynika jednak, że sukces takich działań wynosi ponad 70%. W głośnej sprawie seryjnego przestępcy z rejonu Świnoujścia, który przez 6 lat zgwałcił 14 kobiet i jedną zamordował, masowe badanie prowadzono z zastosowaniem markerów Y-STR, co w związku z ich dziedziczeniem w linii ojca pozwoliło na zwiększenie efektywności metody. Na liście typowanych podejrzanych znalazło się około 12 tysięcy mężczyzn, ale po zbadaniu 421 oznaczono profil DNA brata sprawcy, co umożliwiło schwytanie seryjnego przestępcy. Masowe badania DNA są wciąż stosowane przez śledczych. W 2022 roku policja poinformowała o sukcesie, który przyniosły wspólne działania policjantów z Archiwum X z Instytutem Ekspertyz Sądowych w Krakowie. Analiza DNA od blisko 500 osób wytypowanych przez policję umożliwiła wykrycie zabójcy 35-letniej ekspedientki z Niedomic w sprawie sprzed ponad 20 lat. Typowanie kryminalistyczne pozwala na ograniczenie liczby koniecznych do zbadania próbek DNA. W zawężeniu kręgu podejrzanych mogą pomóc wszelkie informacje o sprawcy, które obecnie można uzyskać poprzez badanie śladu biologicznego. Sprawą „biologicznego świadka” zajmiemy się w dalszej kolejności.  

Ewolucja człowieka współczesnego wiązała się z jego ekspansją i dostosowaniem do skrajnie różnych warunków środowiskowych, a także wymianą genów z innymi napotkanymi gatunkami ludzi. Doprowadziło to do zróżnicowania na poziomie fenotypu i genotypu, które obserwujemy we współcześnie żyjących populacjach ludzkich. Identyfikacja pochodzenia biogeograficznego poprzez analizę markerów DNA w opisie sprawcy przestępstwa istotnie zawęża grono osób podejrzanych i jest szczególnie przydatnym narzędziem dochodzeniowo-śledczym, zwłaszcza w populacjach wieloetnicznych. Markery zawierające informację o biogeografii to zazwyczaj polimorfizm pojedynczo nukleotydowy SNP, ale również polimorfizm insercyjno-delecyjny INDEL. Do skutecznych markerów należą haplotypy chromosomu Y i DNA mitochondrialnego specyficzne dla populacji zamieszkujących różne regiony geograficzne, a więc przydatne w analizie biogeografii mogą być bazy danych EMPOP oraz YHRD. Dedykowana dla tego celu aplikacja Snipper udostępnia algorytmy pozwalające na interpretację danych z 34 SNP oraz 46 loci INDEL i zapewnia rozdzielczość na poziomie Europa-Afryka-Azja Wschodnia-Ameryka-Oceania. Komplementarnych danych w zakresie wnioskowania nt. biogeografii dostarcza baza FROG-kb. Umożliwia ona obliczenie względnych prawdopodobieństw pochodzenia biogeograficznego na podstawie profili oznaczonych za pomocą różnych paneli markerów SNP. Niedawno konsorcjum VISAGE zaproponowało metodę, która korzysta z połączonych danych SNP autosomalnych (w tym 21 mikrohaplotypów), ChrY i ChrX. Ten poszerzony panel 226 markerów pozwala na zwiększenie rozdzielczości predykcji o regiony Środkowego Wschodu oraz Azji Południowej, skuteczniejszą analizę mieszanego pochodzenia biogeograficznego, a także na wnioskowanie w przypadku niektórych mieszanin DNA. W kryminalistycznych laboratoriach DNA stosowane są także komercyjne rozwiązania, które polegają na zastosowaniu zestawów do analizy wyselekcjonowanych przez genetyków sądowych wariantów DNA metodą sekwencjonowania wysokoprzepustowego, jak ForenSeq DNA Signature Prep Kit czy Precision ID Ancestry Panel. Znane są wreszcie genomiczne predyktory pochodzenia biogeograficznego zapewniające bardzo dobrą rozdzielczość w skali globalnej, do których należy algorytm GPS (Geographic Population Structure). Klasyfikator GPS czerpie informację o biogeografii z 40 000 – 130 000 polimorfizmów SNP. Technicznie analiza tak dużej liczby markerów w kryminalistycznych laboratoriach DNA jest problematyczna ze względu na konieczność zastosowania metody mikromacierzy DNA wymagającej dużych ilości DNA, ale prowadzone są prace nad metodami genomicznymi, które jednocześnie zaspokajałyby wymagania kryminalistyki. Określenie pochodzenia biogeograficznego jest pomocne w opracowaniu portretu genetycznego sprawcy przestępstwa pośrednio informując o jego ogólnym fenotypie fizycznym. Do dokładnego opisu cech fizycznych konieczna jest analiza genów i wariantów genetycznych, które bezpośrednio wpływają na wygląd, wiele z nich zostało już zidentyfikowanych.