تعیین فنوتیپِ DNA DNA phenotyping

DNA فنوتایپینگ (تعیین فنوتیپ  DNA)، روند پیش­ بینی فنوتیپ یک ارگانیسم با استفاده از اطلاعات ژنتیکی جمع آوری شده از ژنوتیپ یا توالی DNA است. این اصطلاح همچنین، به­عنوان تصویرسازی مولکولی (فوتوفیتینگ) شناخته شده است، از این تکنیک در درجه­ی اول به منظور پیش­بینی ظاهر فیزیکی یک شخص و یا تبار زیست­جغرافیایی (بیوژئوگرافیک) و همچنین برای اهداف پزشکی قانونی استفاده می­شود.

DNA فنوتایپینگ از بسیاری از روش های علمی مشابه با پزشکی شخصی که در آن اطلاعات پزشکی بر پایه­ی اطلاعات ژنتیکی فردی به دست می آید، استفاده می کند به طوری که پاسخ به دارو­ها (فارماکوژنومیک) و نتایج پزشکی با استفاده از اطلاعات ژنتیکی یک بیمار پیش­بینی می­شود. تنوع ژنتیکی قابل توجهی در ارتباط با یک صفت خاص با استفاده از روش “مطالعه پیوستگی کل ژنوم” (GWAS= genome- wide association study) کشف شده است، که در آن صد­ها مورد از هزاران یا میلیون­ها پلی­مورفیسم تک نوکلئوتیدی (SNPها single nucleotide polymorphisms =) برای ارتباطشان با هر صفت دلخواه، مورد آزمایش قرار می­گیرند. سپس برای ایجاد یک مدل ریاضی به منظور پیش­بینی صفت، مدل­سازی پیش­بینی کننده ایجاد می شود که در مورد موضوعات جدید مورد استفاده قرار می گیرد.

روش­های تعیین تبار زیست­جغرافیایی درون جامعه ژنتیکی بسیار پیشرفت کرده­اند و “مطالعه پیوستگی کل ژنوم” کلید مرحله­ی کنترل کیفی این روش­ها­ می­باشد^(۱). این رویکرد­ها معمولاً از خوشه­بندی ژنتیک انسانی در سراسر ژنوم و یا روش آماری “تحلیل مولفه‌های اصلی” (Principal Component Analysis – PCA) برای مقایسه­ی خصوصیات جدید با افراد منتخب با دودمان شناخته شده استفاده می­کنند، مانند پروژه بین­المللی HapMap  یا پروژه ژنوم 1000. روش دیگر، سنجش نشانگر­های اطلاعاتی تباری (AIMs= ancestry informative markers) است که این روش پلی­مورفیسم­های تک نوکلئوتیدی(SNPs)  را که از نظر فراوانی در میان جمعیت­های عمده­ی انسانی متفاوتند، مورد سنجش قرار‌می‌دهد.^(۲).

تصویری شماتیک از چگونگی شناسایی پلی مورفیسم های تک نوکلئوتیدی (SNPs) مربوط به یک صفت

از سال 2009، گروه­های تحقیقاتی مدل­های پیش­بینی کننده برای رنگ چشم، و اخیراً، رنگ مو در جمعیت اروپایی را توسعه و منتشر کرده­اند^(۳). اخیراً، شرکت­هایی مانند Parabon NanoLabs و Identitas ارائه­ی خدمات DNA فنوتایپینگ پزشکی قانونی را برای اجرای قوانین بین­المللی و ایالات متحده آغاز کرده­اند.

تفاوت­های بین DNA پروفایلینگ و DNA فنوتایپینگ

DNA پروفایلینگ سنتی که گاهی اوقات به­عنوان انگشت­نگاری DNA نیز شناخته می­شود، به­عنوان یک شناسه­ی زیست‌سنجشی (بیومتریک) از  DNAاستفاده می­کند. مشابه یک اسکن عنبیه یا اثر انگشت، یک پروفایل DNA منحصراً می­تواند یک شخص را با دقت بسیار بالا شناسایی کند. در راستای دستیابی به اهداف پزشکی قانونی، محققان می بایست، DNA ذاتی افراد را که از قبل شناسایی شده است با DNA ی بدست آمده، تطابق دهند.  DNA فنوتایپینگ زمانی استفاده می­شود که محققان نیاز به محدود کردن دایره­ی مظنونین احتمالی داشته باشند یا مابقی افراد ناشناخته را با شناخت اصل و نسب و ظاهرشان، شناسایی کنند. هنگامی­که فرد مظنون شناسایی شد، DNA پروفایلینگ سنتی می­تواند برای اثبات یک تطابق مورد استفاده قرار گیرد، درصورتی‌که نمونه­ی مرجع برای مقایسه وجود داشته باشد.

یک استفاده­ی اولیه و موفق DNA فنوتایپینگ در پزشکی قانونی – قاتل سریالی Baton Rouge

از اواخر دهه­ی 1990 تا اوایل دهه­ی 2000،  قتل هایی به صورت سریالی در لوئیزیانا صورت گرفت. اظهارات شاهدان عینی و بررسی های پلیس حاکی از آن بود که جنایتکار، به احتمال زیاد یک مرد قفقازی است. بعد از آن­که محققان نمونه­های DNA هزاران مرد قفقازی را آزمایش کردند و هیچ تطابقی با DNAی بدست آمده از صحنه­ی جرم نیافتند، DNA فنوتایپینگ بر روی یک نمونه DNAی صحنه­ی جرم توسط تکنیک DNAPrint Genomics انجام شد. این آزمایش نشان داد که تبار مظنون 85% افریقای جنوبی و 15% قفقازی است که اشاره به یک فرد افریقایی- امریکایی داشت و مسیر تحقیقات را تغییر داد. طی دو ماه، پلیس، “دریک تودلی” (کسی که بعد­ها برای دو مورد از این قتل­ها محکوم شد) را بازداشت کرد.

منابع:

1. Tian, C.; Gregersen, P. K.; Seldin, M. F. (208). “Accounting for ancestry: population substructure and genome-wide association studies”. Human Molecular Genetics. 17 (R2): R143–50. doi:1093/hmg/ddn268.
2. Shriver, M. D.; Smith, M. W.; Jin, L.; Marcini, A.; Akey, J. M.; Deka, R. & Ferrell, R. E. (1997). “Ethnic-affiliation estimation by use of population-specific DNA markers”. American Journal of Human Genetics. 60: 957–964. PMC1712479 . PMID 9106543.
3. Liu, F.; van Duijn, K.; Vingerling, J. R.; Hofman, A.; Uitterlinden, A. G.; Janssens, A. C. J. W.; Kayser, M. (2009). “Eye color and the prediction of complex phenotypes from genotypes”. Current Biology. 19 (5): R192–3. doi:1016/j.cub.2009.01.027. PMID19278628.