Les technologies génétiques, qui ont fait irruption dans la vie humaine à la fin du siècle dernier, ont changé notre monde à un point tel qu'il est déjà inimaginable sans elles. Ces technologies ont également réussi à pénétrer la criminalistique ; depuis des décennies, l'identification génétique est utilisée comme une méthode rapide et relativement peu coûteuse qui permet de trouver des criminels et de résoudre leurs actes sans quitter le laboratoire. Pharmacologue de formation, je suis très intéressé par la génétique et désireux d'étudier ce domaine sous ses différents aspects. Dans cette publication, je vous présenterai les approches génétiques classiques dans le domaine de la criminalistique.
Un peu d'histoire ou quel est le rapport avec les chevaliers ?
Il y a 150 ans, Johannes Friedrich Miescher découvrait les acides nucléiques, un concept qui allait bouleverser le monde [1]. Au milieu du 20e siècle, il est devenu évident que l'ADN et l'ARN étaient porteurs d'informations héréditaires ; leur structure a ensuite été décrite et, un peu plus tard, de nombreuses méthodes sont apparues qui ont permis de "couper" ces molécules in vitro à l'aide d'enzymes cellulaires - les restrictases [2] ; de les amplifier à l'aide de la PCR [3] ; et même de lire la séquence de gènes et de génomes spécifiques à l'aide de multiples méthodes de séquençage [4].
Au départ, le travail sur le matériel génétique était littéralement effectué "dans la cuisine" et ne pouvait pas toujours être reproduit, même dans le laboratoire scientifique voisin. Mais le temps a passé, les approches ont changé et les méthodes ont été normalisées au point d'être progressivement introduites dans la recherche appliquée et même dans la production biotechnologique.
En 1984, la communauté scientifique a été émue par la nouvelle que des scientifiques avaient réussi à isoler et à lire un fragment d'ADN du zèbre de Burchell, une espèce éteinte qui ne survit que dans les collections des musées [5]. Un an plus tard, le généticien suédois Svante Pääbo confirmait la possibilité d'utiliser du matériel muséal et archéologique pour la recherche scientifique fondamentale, après avoir analysé le matériel génétique de momies égyptiennes. Des années plus tard, il s'est avéré que les échantillons qu'il avait analysés étaient contaminés par du matériel génétique moderne [6], mais le développement des méthodes de séquençage a tout de même permis de travailler avec des quantités minimes d'ADN mal conservé.
Les nouvelles techniques d'analyse du matériel génétique ont également suscité l'intérêt de la police scientifique. Le fait est que les méthodes de la dactyloscopie classique et de l'analyse des groupes sanguins, qui étaient habituelles à l'époque, avaient leurs limites et, dans certains cas, elles ne fonctionnaient pas.
En 1984, le scientifique britannique Sir Alec John Jeffreys (figure 3) a mis au point et présenté une méthode d'identification d'une personne à l'aide de son matériel génétique. Plus tard, cette approche a été appelée identification par l'ADN et a gagné l'amour et le respect des criminologues du monde entier. Jeffreys a été fait chevalier pour son travail.
Un peu d'histoire ou quel est le rapport avec les chevaliers ?
Il y a 150 ans, Johannes Friedrich Miescher découvrait les acides nucléiques, un concept qui allait bouleverser le monde [1]. Au milieu du 20e siècle, il est devenu évident que l'ADN et l'ARN étaient porteurs d'informations héréditaires ; leur structure a ensuite été décrite et, un peu plus tard, de nombreuses méthodes sont apparues qui ont permis de "couper" ces molécules in vitro à l'aide d'enzymes cellulaires - les restrictases [2] ; de les amplifier à l'aide de la PCR [3] ; et même de lire la séquence de gènes et de génomes spécifiques à l'aide de multiples méthodes de séquençage [4].
Au départ, le travail sur le matériel génétique était littéralement effectué "dans la cuisine" et ne pouvait pas toujours être reproduit, même dans le laboratoire scientifique voisin. Mais le temps a passé, les approches ont changé et les méthodes ont été normalisées au point d'être progressivement introduites dans la recherche appliquée et même dans la production biotechnologique.
En 1984, la communauté scientifique a été émue par la nouvelle que des scientifiques avaient réussi à isoler et à lire un fragment d'ADN du zèbre de Burchell, une espèce éteinte qui ne survit que dans les collections des musées [5]. Un an plus tard, le généticien suédois Svante Pääbo confirmait la possibilité d'utiliser du matériel muséal et archéologique pour la recherche scientifique fondamentale, après avoir analysé le matériel génétique de momies égyptiennes. Des années plus tard, il s'est avéré que les échantillons qu'il avait analysés étaient contaminés par du matériel génétique moderne [6], mais le développement des méthodes de séquençage a tout de même permis de travailler avec des quantités minimes d'ADN mal conservé.
Les nouvelles techniques d'analyse du matériel génétique ont également suscité l'intérêt de la police scientifique. Le fait est que les méthodes de la dactyloscopie classique et de l'analyse des groupes sanguins, qui étaient habituelles à l'époque, avaient leurs limites et, dans certains cas, elles ne fonctionnaient pas.
En 1984, le scientifique britannique Sir Alec John Jeffreys (figure 3) a mis au point et présenté une méthode d'identification d'une personne à l'aide de son matériel génétique. Plus tard, cette approche a été appelée identification par l'ADN et a gagné l'amour et le respect des criminologues du monde entier. Jeffreys a été fait chevalier pour son travail.
La dactyloscopie à l'ADN : avantages et inconvénients
L'analyse génétique des échantillons biologiques prélevés sur les scènes de crime a considérablement simplifié le travail des enquêteurs. Ils disposent désormais d'un outil fiable pour identifier l'auteur ou la victime, obtenir des preuves irréfutables et résoudre des crimes.
Les principaux avantages de l'empreinte génétique sont la possibilité de travailler même avec de petites quantités de matériel biologique et la grande précision qui permet l'identification d'un individu - si toutes les conditions d'analyse sont réunies, sa fiabilité dépasse 99%. Cette approche est devenue l'une des plus importantes dans les enquêtes criminelles [7].
Il est important de noter que les méthodes classiques de dactyloscopie de l'ADN ne permettent pas d'identifier des jumeaux identiques dont le profil génétique est le même, puisqu'ils sont formés à partir du même œuf fécondé.
Pour l'analyse de l'ADN, il faut tout d'abord l'ADN lui-même, mais il n'est pas toujours possible d'extraire du matériel génétique de haute qualité à partir d'échantillons biologiques qui ont été exposés à des facteurs chimiques et thermiques. Une fois dans l'environnement, cette molécule entre dans des réactions chimiques, est détruite (fragmentée) et modifiée, bien que dans des conditions favorables elle puisse persister pendant des milliers d'années [8].
On sait que le matériel génétique le plus ancien des ancêtres de l'homme a été extrait des restes osseux de nos parents humanoïdes qui vivaient sur le territoire de la péninsule ibérique (Sierra de Atapuerca) il y a environ 430 000 ans [9]. Le microclimat spécifique de certaines grottes, avec de faibles valeurs d'humidité et de température, augmente considérablement la durée de vie du matériel génétique. Cependant, l'ADN présent dans les échantillons trouvés sur la scène de crime est souvent représenté en quantités minimes et, comme dans les échantillons archéologiques, il est fortement dégradé.
En Europe et aux États-Unis, l'attention est attirée sur un autre inconvénient des empreintes génétiques, lié à l'ingérence dans la vie privée d'une personne et à la violation de la vie privée.
Les défenseurs des droits de l'homme craignent que les informations génétiques des criminels et des suspects ne tombent entre les mains de tiers et ne soient ensuite utilisées à mauvais escient [10]. Par exemple, on connaît déjà des cas d'utilisation d'informations génétiques pour contrôler des minorités musulmanes dans la province chinoise du Xinjiang.
Les États-Unis prévoient également de collecter systématiquement les profils ADN des immigrés détenus par les autorités fédérales [11]. De toute évidence, les craintes des défenseurs des droits de l'homme ne sont pas infondées et reposent sur des bases réelles.
Les principaux avantages de l'empreinte génétique sont la possibilité de travailler même avec de petites quantités de matériel biologique et la grande précision qui permet l'identification d'un individu - si toutes les conditions d'analyse sont réunies, sa fiabilité dépasse 99%. Cette approche est devenue l'une des plus importantes dans les enquêtes criminelles [7].
Il est important de noter que les méthodes classiques de dactyloscopie de l'ADN ne permettent pas d'identifier des jumeaux identiques dont le profil génétique est le même, puisqu'ils sont formés à partir du même œuf fécondé.
Pour l'analyse de l'ADN, il faut tout d'abord l'ADN lui-même, mais il n'est pas toujours possible d'extraire du matériel génétique de haute qualité à partir d'échantillons biologiques qui ont été exposés à des facteurs chimiques et thermiques. Une fois dans l'environnement, cette molécule entre dans des réactions chimiques, est détruite (fragmentée) et modifiée, bien que dans des conditions favorables elle puisse persister pendant des milliers d'années [8].
On sait que le matériel génétique le plus ancien des ancêtres de l'homme a été extrait des restes osseux de nos parents humanoïdes qui vivaient sur le territoire de la péninsule ibérique (Sierra de Atapuerca) il y a environ 430 000 ans [9]. Le microclimat spécifique de certaines grottes, avec de faibles valeurs d'humidité et de température, augmente considérablement la durée de vie du matériel génétique. Cependant, l'ADN présent dans les échantillons trouvés sur la scène de crime est souvent représenté en quantités minimes et, comme dans les échantillons archéologiques, il est fortement dégradé.
En Europe et aux États-Unis, l'attention est attirée sur un autre inconvénient des empreintes génétiques, lié à l'ingérence dans la vie privée d'une personne et à la violation de la vie privée.
Les défenseurs des droits de l'homme craignent que les informations génétiques des criminels et des suspects ne tombent entre les mains de tiers et ne soient ensuite utilisées à mauvais escient [10]. Par exemple, on connaît déjà des cas d'utilisation d'informations génétiques pour contrôler des minorités musulmanes dans la province chinoise du Xinjiang.
Les États-Unis prévoient également de collecter systématiquement les profils ADN des immigrés détenus par les autorités fédérales [11]. De toute évidence, les craintes des défenseurs des droits de l'homme ne sont pas infondées et reposent sur des bases réelles.
Le fonctionnement de la dactyloscopie
Les méthodes de dactyloscopie de l'ADN sont basées sur la variabilité génétique humaine. Les substitutions de nucléotides dans l'ADN (selon leur fréquence dans la population, elles sont également appelées polymorphismes de l'ADN ou mutations) nous rendent individuellement différents. Ces différences se retrouvent à la fois dans le génome nucléaire et dans le génome mitochondrial, de petites molécules d'ADN circulaires qui régissent le fonctionnement des mitochondries, les "usines" énergétiques des cellules.
Il convient de noter que des polymorphismes de l'ADN peuvent être trouvés dans le génome de chacun d'entre nous - ils deviennent notre code-barres ADN unique. Certains d'entre eux peuvent provoquer des maladies graves [12], mais dans la plupart des cas, ils n'ont aucun effet sur nos fonctions vitales.
Les méthodes modernes de dactyloscopie de l'ADN utilisent une variété de variantes génétiques dans différentes régions du génome. Par exemple, l'analyse des répétitions en tandem - de courtes séquences répétitives du génome dont le nombre diffère chez deux individus échantillonnés au hasard [13] - permet d'effectuer un test de paternité clair ou de trouver des preuves supplémentaires contre un suspect criminel.
Les marqueurs ADN du chromosome Y peuvent être utilisés pour déterminer le sexe d'une personne. Les marqueurs génétiques fournissent des informations sur l'origine ethnique des parents d'une personne, la couleur des yeux ou des cheveux.
En outre, les informations épigénétiques (par exemple, la méthylation de l'ADN) permettent d'estimer l'âge biologique des cellules individuelles, des tissus et de l'organisme dans son ensemble [14]. Dans cet article, je parlerai plus en détail des méthodes d'analyse génétique susmentionnées. L'utilisation des méthodes épigénétiques dans le domaine des médicaments fera l'objet de ma prochaine publication.
Les marqueurs ADN du chromosome Y peuvent être utilisés pour déterminer le sexe d'une personne. Les marqueurs génétiques fournissent des informations sur l'origine ethnique des parents d'une personne, la couleur des yeux ou des cheveux.
En outre, les informations épigénétiques (par exemple, la méthylation de l'ADN) permettent d'estimer l'âge biologique des cellules individuelles, des tissus et de l'organisme dans son ensemble [14]. Dans cet article, je parlerai plus en détail des méthodes d'analyse génétique susmentionnées. L'utilisation des méthodes épigénétiques dans le domaine des médicaments fera l'objet de ma prochaine publication.
Collecte et isolement de l'ADN à partir de matériel biologique
L'extraction et l'analyse de l'ADN à partir d'échantillons médico-légaux sont, à première vue, comparables à de l'art. Il est parfois impossible d'imaginer que quelques gouttes de sang ou un morceau de peau sous les ongles d'une victime peuvent devenir les preuves les plus importantes d'une enquête criminelle.
En fait, les actions des spécialistes de la police scientifique sur les scènes de crime sont minutieuses et suivent un scénario unique, dont l'un des principaux objectifs est de trouver du matériel biologique adapté à l'extraction de l'ADN. Tous les tissus biologiques et les sécrétions humaines peuvent être utilisés à cette fin .
- Restes osseux
- lesdents
- follicules pileux
- le sang
- Cellules épithéliales
- Sueur
- Salive
- Échantillons de sperme
- Excréments, etc.
Le matériel biologique conservé dans l'entrepôt des pièces à conviction peut durer des dizaines d'années. Souvent, l'examinateur ne prélève qu'une partie du matériel à des fins d'examen, dans la mesure où il en a besoin pour l'extraction de l'ADN. Par exemple, s'il y a des traces de sang sur le couteau, l'expert ne lave pas tout le sang, mais procède à un petit rinçage juste avant l'extraction de l'ADN. Cela laisse des traces sur le couteau, qui peuvent être utilisées pour procéder à un nouvel examen plusieurs décennies plus tard.
Dans le noyau cellulaire, l'ADN est en contact étroit avec de nombreuses molécules organiques nécessaires à son bon fonctionnement. Cependant, pour l'analyse génétique, les glucides, les lipides et les protéines doivent être éliminés de l'échantillon, ce qui peut réduire l'efficacité des méthodes utilisées et, par conséquent, affecter la solvabilité des crimes.L'extraction de l'ADN prend peu de temps grâce à une variété de kits commerciaux et de systèmes spécifiquement conçus pour l'extraction des acides nucléiques (par exemple, le système d'extraction d'ADN AutoMate Express de Thermo Fisher Scientific). En outre, dans les grands centres médico-légaux qui effectuent des milliers d'analyses par jour, ce processus est entièrement automatisé et réalisé avec la participation de robots sous la supervision d'un opérateur.
D'ailleurs, les systèmes robotiques sont largement utilisés non seulement dans les laboratoires médico-légaux, mais aussi dans de nombreux centres médicaux et biotechnologiques, ce qui permet d'accélérer le processus, de réduire le coût du travail et de diminuer considérablement le risque d'erreur.
Après l'extraction, l'ADN est dissous dans un composé spécial, où il peut être stocké pendant des années (à -20°C ou -80°C) si nécessaire.
Analyse génétique
Immédiatement après l'extraction de l'ADN, le spécialiste est confronté à la question des autres moyens d'analyse. Depuis l'introduction de l'identification par l'ADN en criminalistique, les techniques de biologie moléculaire ont tellement évolué qu'il existe plusieurs variantes possibles. Notre article mettra en lumière les différentes techniques d'analyse de l'ADN que les experts en criminalistique utilisent dans leur pratique.
Polymorphisme de longueur des fragments de restriction (analyse RFLP)
L'analyse RFLP est historiquement l'une des premières méthodes d'identification de l'ADN. Elle repose sur l'utilisation d'enzymes cellulaires spéciales, les restrictases. Les enzymes de restriction peuvent reconnaître certains sites sur une molécule d'acide nucléique et la couper à travers ces sites. Plusieurs milliers de ces enzymes ont été décrites à ce jour. Après avoir coupé la molécule de DnA avec des enzymes de restriction, les longueurs des fragments obtenus sont évaluées par électrophorèse sur gel (figure 9).
Immédiatement après l'extraction de l'ADN, le spécialiste est confronté à la question des autres moyens d'analyse. Depuis l'introduction de l'identification par l'ADN en criminalistique, les techniques de biologie moléculaire ont tellement évolué qu'il existe plusieurs variantes possibles. Notre article mettra en lumière les différentes techniques d'analyse de l'ADN que les experts en criminalistique utilisent dans leur pratique.
Polymorphisme de longueur des fragments de restriction (analyse RFLP)
L'analyse RFLP est historiquement l'une des premières méthodes d'identification de l'ADN. Elle repose sur l'utilisation d'enzymes cellulaires spéciales, les restrictases. Les enzymes de restriction peuvent reconnaître certains sites sur une molécule d'acide nucléique et la couper à travers ces sites. Plusieurs milliers de ces enzymes ont été décrites à ce jour. Après avoir coupé la molécule de DnA avec des enzymes de restriction, les longueurs des fragments obtenus sont évaluées par électrophorèse sur gel (figure 9).
Étant donné qu'il n'existe pas de génomes humains totalement identiques (à l'exception des vrais jumeaux), la différence ou la similarité des profils de longueur des fragments d'ADN obtenus peut constituer un bon marqueur pour l'identification personnelle et la détermination des liens de parenté.
Toutefois, cette méthode implique la fragmentation de l'ADN et est donc sensible à la qualité et à la quantité du matériel génétique d'origine. C'est pourquoi l'analyse RFLP n'est pas utilisée en pratique à l'heure actuelle, contrairement à d'autres méthodes qui seront examinées plus loin.
Analyse du nombre de répétitions en tandem dans le génome
Les répétitions en tandem sont des copies de la même courte séquence DnA répétées l'une après l'autre [15]. Les répétitions qui intéressent les médecins légistes comprennent les loci avec un nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) et les répétitions en tandem courtes (STR). Ils sont également appelés respectivement minisatellites et microsatellites.
L'essence de cette méthode est l'amplification par PCR de fragments d'ADN contenant ces courtes séquences répétitives dont les longueurs sont différentes chez deux individus échantillonnés au hasard. Après amplification, la longueur des fragments obtenus est évaluée par électrophorèse sur gel ou électrophorèse capillaire.
Le kit de quantification de l'ADN Quantifiler et le système QuantStudio de Termo Fisher Scientific peuvent être utilisés à cette fin. Le QuantStudio est un instrument de table compact doté d'un large éventail de fonctions.
Comme pour la méthode précédente, le principal facteur d'identification de l'analyse STR est la longueur des fragments obtenus, qui est unique pour chaque individu et dépend du nombre de répétitions dans le site analysé. L'analyse STR se caractérise par sa grande précision et sa rapidité, ainsi que par son faible coût. La qualité du matériel génétique est une condition importante pour l'analyse.
Toutefois, cette méthode implique la fragmentation de l'ADN et est donc sensible à la qualité et à la quantité du matériel génétique d'origine. C'est pourquoi l'analyse RFLP n'est pas utilisée en pratique à l'heure actuelle, contrairement à d'autres méthodes qui seront examinées plus loin.
Analyse du nombre de répétitions en tandem dans le génome
Les répétitions en tandem sont des copies de la même courte séquence DnA répétées l'une après l'autre [15]. Les répétitions qui intéressent les médecins légistes comprennent les loci avec un nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) et les répétitions en tandem courtes (STR). Ils sont également appelés respectivement minisatellites et microsatellites.
L'essence de cette méthode est l'amplification par PCR de fragments d'ADN contenant ces courtes séquences répétitives dont les longueurs sont différentes chez deux individus échantillonnés au hasard. Après amplification, la longueur des fragments obtenus est évaluée par électrophorèse sur gel ou électrophorèse capillaire.
Le kit de quantification de l'ADN Quantifiler et le système QuantStudio de Termo Fisher Scientific peuvent être utilisés à cette fin. Le QuantStudio est un instrument de table compact doté d'un large éventail de fonctions.
Comme pour la méthode précédente, le principal facteur d'identification de l'analyse STR est la longueur des fragments obtenus, qui est unique pour chaque individu et dépend du nombre de répétitions dans le site analysé. L'analyse STR se caractérise par sa grande précision et sa rapidité, ainsi que par son faible coût. La qualité du matériel génétique est une condition importante pour l'analyse.
L'analyse STR est apparue dans la pratique de la criminalistique il y a près de vingt ans, mais elle reste à ce jour la principale méthode d'identification des individus. Les résultats de l'analyse de l'ADN des suspects et des criminels - les profils génétiques - sont enregistrés par les criminologues dans des bases de données spéciales.
Ainsi, lorsque des traces biologiques sont trouvées sur les scènes de crime et que l'ADN peut être isolé, il est devenu possible d'identifier toutes les personnes qui ont déjà attiré l'attention des forces de l'ordre. Les mêmes marqueurs sont utilisés pour rechercher des personnes disparues et pour établir la paternité.
Ainsi, lorsque des traces biologiques sont trouvées sur les scènes de crime et que l'ADN peut être isolé, il est devenu possible d'identifier toutes les personnes qui ont déjà attiré l'attention des forces de l'ordre. Les mêmes marqueurs sont utilisés pour rechercher des personnes disparues et pour établir la paternité.
En règle générale, les systèmes conçus pour identifier les individus permettent l'analyse de plusieurs locus génomiques (10-24) à la fois, dont le gène de la protéine amélogénine, qui permet de déterminer le sexe. Le gène de l'amélogénine se trouve à la fois sur le chromosome X et sur le chromosome Y, mais sa taille diffère, ce qui permet de déterminer le sexe d'une personne.
Grâce à l'utilisation des technologies de séquençage à haut débit, la criminalistique a obtenu un outil efficace qui a ouvert de nouvelles possibilités pour l'analyse simultanée de plusieurs sites (loci) des génomes nucléaire et mitochondrial.
Un avantage important de ces méthodes est la possibilité de distinguer même des jumeaux identiques (par des mutations somatiques), ce qui est impossible avec l'analyse RFLP ou STR.
Grâce à l'utilisation des technologies de séquençage à haut débit, la criminalistique a obtenu un outil efficace qui a ouvert de nouvelles possibilités pour l'analyse simultanée de plusieurs sites (loci) des génomes nucléaire et mitochondrial.
Un avantage important de ces méthodes est la possibilité de distinguer même des jumeaux identiques (par des mutations somatiques), ce qui est impossible avec l'analyse RFLP ou STR.
La deuxième partie de cette publication décrira comment les méthodes décrites ci-dessus peuvent être utilisées pour identifier les laboratoires de drogue et les trafiquants de drogue, et comment vous pouvez embrouiller la police scientifique en nettoyant vos traces.
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