Genetica forense: cos'è e a che serve per le indagini - Agenda Digitale

Genetica e indagini forensi

Genetica forense: cos’è e a che serve per le indagini

La genetica forense serve in un’indagine penale a identificare autori di reati, verificare rapporti di parentela, ricostruire la scena del crimine anche nel caso di un disastro di massa. L’utilità della predizione fenotipica nel contesto forense

21 Set 2021
Eugenio D’Orio

docente al corso di perfezionamento in genetica forense all universita di Napoli Federico II

Genetica forense: marcatori genetici per la predizione di caratteristiche fenotipiche

La genetica forense è la disciplina che utilizza le moderne tecniche di biologia molecolare in un contesto forense, per l’identificazione personale degli autori di reati, l’attribuzione individuale di resti umani sconosciuti (per esempio in disastri di massa) e la verifica dei rapporti di parentela (indagini di paternità). I marcatori genetici assumono particolare rilevanza nella predizione di caratteristiche fenotipiche per scopi forensi.

Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta e quali sono le prospettive applicative.

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Introduzione alla genetica

Ogni organismo vivente ha un proprio assetto genetico. Questo genoma, altrimenti noto come DNA contiene al suo interno tutta una serie di geni indispensabili per la produzione di proteine ed enzimi necessari per lo svolgimento corretto delle funzioni vitali e fisiologiche degli organismi.

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I tratti codificanti e non codificanti del DNA

Nel DNA vi sono specifiche sequenze che si vanno a distinguere per le funzioni: i tratti detti “codificanti” sono la sequenza che verrà dapprima trascritta in RNA e poi tradotta in proteine; i tratti detti “non codificanti” sono la sequenza che hanno per lo più funzione di regolazione dell’espressione genica. Essi sono ad oggi i tratti del DNA ancora maggiormente ignoti, oggetto di importante studio da parte della comunità scientifica.

I geni

I geni – ovvero le sequenze di DNA codificante – portano alla formazione di date proteine/enzimi. Questi, a loro volta, possono generare fenotipi ben osservabili e classificabili.

I fenotipi

Si definisce fenotipo quella caratteristica visibile che è dovuta direttamente all’espressione di uno o più geni. Un classico esempio, molto pratico, è rappresentato da quella classe di geni che vanno a definire il colore dei peli e dei capelli. È manifestamente classificabile, in questo caso, il fenotipo “biondo”, “castano”, “nero”, “rosso”. Ciò che interessa conoscere è che questo fenotipo è direttamente sviluppato in virtù della presenza e l’espressione di più geni, i cui prodotti concorrono alla generazione del fenotipo in
questione. Analogo procedimento avviene per la determinazione del colore degli occhi, della pelle, del manto peloso (nel caso degli animali) eccetera.

Predizione genetica dei caratteri fenotipici

Lo studio della genetica è prezioso in materia di valutazione dei fenotipi e di predizione degli stessi. I primi studi relativi alla genetica, condotti da Gregor Mendel, si basarono proprio sulla correlazione esistente tra il corredo genetico e i caratteri fenotipici mostrati dall’organismo esaminato. Grazie a questi studi, seppur molto rudimentali, si scoprì come l’incrocio tra i geni portasse allo sviluppo di diversi tipologie di fenotipo, per i quali era anche possibile una predizione in termini statistici (in quanto data direttamente dalle probabilità della ricombinazione genetica).

I caratteri genetici dominanti e recessivi negli studi di Mendel

Gli studi di Mendel hanno avuto anche il pregio di dimostrare la presenza di caratteri genetici di diversa tipologia per quanto riguarda l’influenza sul fenotipo: ossia i caratteri genetici dominanti e recessivi. L’uomo, come molteplici altri organismi, ha un corredo genetico diploide, ovvero ha una doppia coppia di ciascuna parte del genoma.

Di queste coppie, una è ereditata per via paterna ovvero dal genitore maschile biologico; l’altra è ereditata per via materna ovvero dal genitore femminile biologico. In caso di presenza, nell’assetto del genoma dell’organismo considerato, di una coppia di caratteri genetici dominanti, saranno questi ad esprimersi, producendo il relativo fenotipo.

Come la genetica incide sul fenotipo

In caso di presenza di una coppia di caratteri genetici recessivi, invece, questi esprimeranno quel dato fenotipo. Inoltre, in caso di presenza di un carattere dominante ed un carattere recessivo (cosiddetto caso di eterozigosi), sarà il fenotipo dell’allele dominante a prevalere sul recessivo, mostrando il dato fenotipo. Se ciò è vero ed interessante sotto il profilo fenotipico, lo diventa ancor di più quando si vanno a considerare le generazioni future, qui ponendo attenzione in ordine alla previsione delle caratteristiche fenotipiche che avranno gli individui delle future generazioni.

Infatti in caso di incrocio tra soggetti dominanti e recessivi, si avranno nuovi soggetti (generazione F1) che dal punto di vista fenotipico mostreranno tutti le caratteristiche tipiche del dominante, ma dal punto di vista genetico questi organismi saranno tutti eterozigoti (AA*aa = Aa). Ora quando questi organismi eterozigoti (Aa) andranno a loro volta a riprodursi, geneticamente andranno ad indurre variazioni sia sulla genetica dei nuovi organismi discendenti sia daranno luogo a valutabili e considerevoli statistiche di presenza dei diversi caratteri fenotipici.

Nel caso in cui il soggetto F1, eterozigote (Aa), vada a riprodursi con un altro soggetto eterozigote per quel dato carattere (Aa), si avrà che la F2 sarà geneticamente rappresentata dal 50% di soggetti F2 eterozigoti (Aa), dal 25% di soggetti F2 omozigoti dominanti (AA) e dal 25% di soggetti F2 omozigoti recessivi (aa). Questa differenza genotipica induce una sostanziale differenza fenotipica.

Infatti i soggetti omozigoti recessivi (aa) mostreranno un fenotipo diverso (rispetto ai genitori F1 ed ai fratelli F2).
Se invece il soggetto F1, eterozigote (Aa), va a riprodursi con un soggetto omozigote recessivo (aa), si avrà che la F2 sarà geneticamente rappresentata dal 50% di eterozigoti (Aa) e dal 50% di omozigoti recessivi (aa).

In termini di probabilistica e predizione del fenotipo, in questo caso, è ben il 50% dei soggetti F2 – ovvero di seconda generazione parentale – che mostrerà il fenotipo diverso da quello del genitore F1.

Le cose – in termini di probabilità, predizione ed assetto genotipico – cambieranno ancora se il soggetto eterozigote (Aa) preso prima in esame si riproduce con un soggetto omozigote dominante (AA).

Quanto qui evidenziato rappresenta le basi della genetica e delle leggi che la disciplinano e – in modo assolutamente diretto e chiaro – mostrano come la genetica ed il riassortimento dei geni tra le diverse generazioni – vada a incidere sul fenotipo. Tale incisione dei geni, tuttavia, è calcolabile come su evidenziato. Da qui deriva l’importanza della predittività, fattore molto utile, in quanto poli-applicabile nel campo delle scienze.

Cos’è la genetica forense: la predizione fenotipica nel contesto dell’indagine forense

Ora passiamo ad applicare le conoscenze di genetica forense nel contesto investigativo forense. Nelle indagini forensi, la predizione del fenotipo è aspetto particolarmente rilevante specie nei casi in cui – in ambito di indagini penali – venga ritrovato del materiale biologico (DNA) su reperti e/o sulla vittima appartenente ad un soggetto ancora ignoto alle indagini.

In casi simili, assai frequenti, si ha una notevole difficoltà iniziale da parte degli inquirenti perché non vi è il cosiddetto “match” tra il DNA ritrovato e il confronto (questo può essere una rosa selezionata di persone indagate per il dato reato e/o la Banca Dati del DNA). In contesti simili, è assai difficile per gli investigatori riuscire ad identificare la persona che rilasciò quel DNA ritenuto di interesse per le indagini.

La tecnologia è in grado di offrire preziose informazioni agli inquirenti. Questa è la chiave della genetica forense.

In quest’ambito, il primo obiettivo è l’identificazione del soggetto ignoto, di cui però è noto il DNA.

Sotto questo aspetto, avere informazioni – anche parziali – sulle caratteristiche fenotipiche che questo soggetto ignoto potrebbe avere, rappresenta un importante mezzo di indagine per gli inquirenti.

Negli ultimi anni si stanno sviluppando e validando diversi software che hanno appunto la peculiarità di indagare specifiche regioni del genoma (diverse ovviamente da quelle indagate per la genotipizzazione del soggetto, i cosiddetti “STR”).

Diverse aree del genoma, quelle codificanti, in questo caso, risultano particolarmente informative in tal senso. Conviene precisare che le aree genomiche “STR” sono volutamente su tratti di DNA che non sono codificanti; ciò anche in base a normative internazionali, in quanto analizzando questi tratti del genoma, non si potranno mai ottenere informazioni circa lo stato di salute/patologie/predisposizioni genetiche del soggetto di cui il genoma è sottoposto ad analisi tecnica.

Lo studio di queste aree specifiche del genoma dà informazioni valide, in quanto, dal momento che gli stessi principi di trasmissione genetica dei caratteri fenotipici e del genotipo rappresentati nel paragrafo precedente – è possibile avere informazioni probabilistiche:

  • su un determinato colore degli occhi del soggetto di interesse;
  • su un determinato colore dei capelli del soggetto di interesse;
  • su un determinato colore della pelle – cosa meglio nota come “razza di provenienza” (soggetto caucasico, asiatico, americano, latino-americano eccetera) – del soggetto di interesse;
  • su un determinato range di età del soggetto di interesse;
  • su una determinata statura del soggetto di interesse.

Gli investigatori sono estremamente interessati a conoscere più informazioni possibile, in questo specifico contesto, è assolutamente importante per “restringere il campo di indagine”.

Questa restrizione richiede cura e certezza. Infatti, ogni qualvolta si restringe, c’è un determinato gruppo/numero di individui che fuoriusciranno (spesso per sempre) dai fari di un’indagine.

Il modus operandi della restrizione richiede però opportuna vigilanza; infatti un uso eccessivo di tecnologia – tenendo sempre ben presente che i parametri sono sempre probabilistici – rischierebbe di far fuoriuscire dal cerchio d’indagine anche, seppur in teoria, anche il soggetto o i soggetti che effettivamente si sono resi responsabili di quel crimine.

All’estero gli organi di Polizia Giudiziaria sottopongono questo modus operandi a un serrato controllo interno. Inoltre, sempre in ambito internazionale, è bene sottolineare che vige sempre l’utilizzo di un approccio più conservativo ai dati tecnici rispetto a quello che oggi vige in Italia.

Nel nostro Paese, talvolta, ci si affida eccessivamente ai mezzi scientifici o – addirittura – viene riposta fiducia incondizionata su di essi, credendo erroneamente che “la scienza possa, da sola, dare tutte le risposte”. Non è così e, sul punto, nel 2015 è intervenuta anche la Suprema Corte di Cassazione, con sentenza Nr. 36080, in cui ha stabilito proprio l’assunto precedente: un vero e proprio monito dei Supremi Giudici all’utilizzo parsimonioso dei dati scientifici dapprima nelle indagini e poi nella fase di processo.

Ci sarebbe realmente bisogno d’istituire una Commissione ad hoc atta proprio a valutare la gestione di simili procedimenti, soprattutto in accordo e con l’utilizzo di queste nuove metodologie tecnico-scientifiche.

I più recenti studi di settore sulla genetica forense

La comunità scientifica internazionale, valutata propriamente la portata informativa e l’applicabilità di queste informazioni, è costantemente al lavoro per sviluppare e validare software specifici per la definizione del grado di predittività delle caratteristiche fenotipiche che si ricercano.

Sul portale Pubmed, uno dei più accreditati dalla comunità scientifica, inserendo le keyword “prediction” e “forensic”, è possibile consultare tutti gli studi pubblicati in questo settore.

Particolare rilievo assumono gli studi condotti sulla valutazione del grado di metilazione di specifiche sequenze del genoma, quale strumento per la predizione dell’età anagrafica del soggetto ignoto che ha donato la traccia [1].

Altri studi molto accreditati vanno invece a fare focus sullo sviluppo di modelli epigenetici volti ad assicurare una corretta azione di prediction del fenotipo [2]. Ma la predittività interessa anche la composizione istologica dei tessuti biologici da cui si origina la traccia biologica in questione.

I test per la genetica forense

Attualmente vi sono diversi tipi di test validati in tal senso, alcuni di tipo preliminare (o presuntivo) ed altri più specifici, appunto confermativi, che si basano su un meccanismo di funzionamento immuno-istochimico. Ma questi test, seppur molto sensibili, possono validamente definire la presenza solo dei seguenti tessuti istologici: sangue, liquido seminali e saliva). Non c’è finora un test immuno-istochimico cin grado di identificare la presenza di cellule di sudore o di cellule epiteliali eccetera. In tal senso, sempre in ottica di predittività, appare molto rilevante lo studio [3] in cui gli autori hanno esaminato la possibilità di pervenire ad una predizione della tipologia istologica di un dato tessuto sulla base di analisi del microbioma.
Questo articolo ha anch’esso trovato accoglimento da parte della comunità scientifica internazionale ed è stato pubblicato sulla rivista Forensic Science International genetics nel 2017.

Altri studi, relativi alla “razza” o etnia di provenienza del dato soggetto, sono condotti in modo mirato e specifico tra le diverse sub-popolazioni di cui si compone il mondo. I colleghi cinesi, sulla scorta dei loro reference sample (ovvero un database di riferimento della popolazione cinese/asiatica) hanno indagato 12 specifiche aree del genoma proprio con la finalità di predire il ceppo familiare di provenienza del dato soggetto. Anche tale studio, come i precedenti, è accolto dalla comunità scientifica internazionale.

Infine, questi approfondimenti possono essere validamente condotti sia sul genoma (il DNA, appunto) che sul trascrittoma (ossia sulla frazione di RNA, specialmente quello messaggero) di cui si compongono le cellule viventi.

Le prospettive applicative della genetica forense

Questi studi rappresentano un primo approccio a questa tematica. Tuttavia è sufficiente osservane la qualità e l’affidabilità dei dati ai quali si perviene per capire agevolmente che, con gli opportuni approfondimenti – che la comunità scientifica internazionale avrà cura di condurre –, presto le indagini diventeranno più accurate applicando moderne tecnologie e strumentazioni nel contesto della giustizia.

Lo studio e la definizione dei corretti marcatori del genoma sono una delle nuove frontiere della genetica forense affinché si possa pervenire all’identificazione dei soggetti, per finalità forensi, nel modo più certo, adeguato, rapido e nel pieno rispetto della privacy.

Note

  1. Vidaki A, Ballard D, Aliferi A, Miller TH, Barron LP, Syndercombe Court D. DNA methylation-based forensic age prediction using artificial neural networks and next generation sequencing. Forensic Sci Int Genet. 2017
  2. Montesanto A, D’Aquila P, Lagani V,
    Paparazzo E, Geracitano S, Formentini L, Giacconi R, Cardelli M, Provinciali M, Bellizzi D, Passarino G. A New Robust Epigenetic Model for Forensic Age Prediction. J Forensic Sci. 2020 Sep;65(5):1424-1431
  3. Studio condotto da Hanssen EN, Avershina E, Rudi K, Gill P, Snipen L.
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