A DNS apasági vizsgálatok története

A mai modern DNS alapú tesztek megközelítik a 100% -os bizonyosságot, tehát mai ismereteink szerint a biológiai valóságot jelentik (tehát egyértelműen képesek igazolni, vagy kizárni két személy közötti vérrokonság meglétét.

A leszármazási vizsgálatok nem mindig voltak ilyen meggyőzők. A DNS-tesztek használata előtt más biológiai módszerek voltak használatban. Ezek a technikák (vércsoport-tipizálás, szerológiai tesztek, HLA-tesztet), számos más területen a mai napig is nagy haszonnal és hatékonysággal alkalmazott módszerek: például ezek a módszerek segítik a donoroktól származó vér és szövetek, szervek összepárosítását a legalkalmasabb recipienssel, így csökkentve a transzplantált betegeknél kilökődési reakciók arányát; azonban a genetikai kapcsolatok vizsgálatához az elmúlt évtizedek során ezeknél sokkal alkalmasabb módszerek fejlődtek ki.

Az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején zajlott a DNS alapú módszerek kifejlesztése és bevezetésének első hulláma – ettől kezdve a szakértők lényegesen hatékonyabban és pontosabban voltak képesek a a biológiai kapcsolatok azonosítására és meghatározására. A DNS alapú leszármazási vizsgálatok segítségével napjainkban egyértelműen meg tudjuk határozni az egyének és biológiai rokonaik személyazonosságát, és biológiai kapcsolatukat (apaság, anyaság, testvéri kapcsolat, vérrokonság).

Az alábbiakban röviden áttekintjük a leszármazási vizsgálatok történetét a vércsoport-vizsgálatoktól a DNS-alapú vizsgálatok legújabb technikájáig.

1920-as évek: Vércsoport-vizsgálatok

Az 1920-as évek elején a tudósok 4 különböző vércsoportot ismertek: A, AB, B és O – így nevezték el azokat a vércsoportokat, melyek mögött a vörösvértestek felszínen elforduló fehérjék jelenléte vagy hiánya áll. Az úgynevezett AB0 vércsoport rendszer használata sokat segítette a gyakorló orvosokat a biztonságos vérátömlesztés (transzfúzió) technikájának kifejlesztésében.

Mivel a vércsoportok biológiai úton örökölnek, az öröklés szabályai szerint képesek vagyunk megjósolni a gyermek vércsoportját a biológiai szülők vércsoportja alapján. Ennek a technikának számos korlátja van – bizonyos esetekben nehéz volt egyértelműen igazolni, vagy kizárni a biológiai kapcsolatot: ha a gyermek A-típusú vércsoportú, és a gyermek édesanyja AB vércsoportú, akkor a gyermek biológiai apja a 4 vércsoport közül bármelyik lehet. Így ebben a példában senki biológiai apasága sem zárható ki – és így a vizsgálat ebben az esetben eredménytelen lehet. Az apaságot kizáró vizsgálati eredmény az ABO vércsoport vizsgálatára alapozva körülbelül 30%-os hatékonyságú – nem használható a rutinszerű apasági vizsgálatokra.

1930-as évek: Szerológiai vizsgálatok

Az 1930-as években a tudósok a vérsejtek felszínén további fehérjéket fedeztek fel – ezek ugyancsak alkalmasak az emberek azonosítására. Az Rh, Kell és Duffy vércsoport-rendszerek, hasonlóan az ABO vércsoport-rendszerhez, biológiai öröklési szabályossággal bírnak, és így a már ismert ABO-vércsoport-rendszerrel együtt további információt nyújtottak a kérdéses biológiai kapcsolatok elemzéséhez. A szerológiai vizsgálatok azonban továbbra sem adtak megnyugtató szinten pontos eredményt: a kizárás ereje a szerológiai vizsgálatok esetében 40% körüli, ami azt jelenti, hogy ez a technika önmagában továbbra sem elég hatékony a leszármazási-jogi kérdések tisztázásához.

1970-es évek: HLA alapú vizsgálatok

Az 1970-es évek közepén a kutatások feltárták a szövettípusok felszíni fehérjealkotóin alapuló egyedi rendszerét, amit humán leukocyta antigén rendszernek (HLA) neveztek el. Ennek a rendszernek fontos jellemzője, hogy a sejtfelszíni fehérjék a test összes sejtjének a felszínén megtalálhatók (kivéve a vörösvértesteket). A vérben található fehérvérsejtek felszínén nagy mennyiségben megtalálható a jellemző HLA-tartalom. A vizsgálatok eredményeként többféle HLA szerkezetet azonosítottak – és az egymással biológiai kapcsolatban nem álló egyedek HLA szerkezete nagyon eltér egymástól. A HLA-típusok nagyfokú variabilitása miatt a HLA rendszer használhatóvá vált az esetleges biológiai kapcsolatok feltérképezésére, és így alkalmazták a leszármazási (apasági) vizsgálatok elvégzésére is. A HLA vizsgálatán alapuló apaság-kizárása 80%-os hatékonyságú, az ABO vércsoportvizsgálattal és a szerológiai vizsgálatokkal kombináltan alkalmazva eléri a 90% -os hatékonyságot is. Ennek a hatékonysági mutatónak következményeként jelentősen nőtt a laboratóriumi apasági vizsgálatok száma. Ma már azonban a HLA, az ABO és a szerológiai módszeren alapuló apasági vizsgálat már nincs alkalmazásban, elavultnak tekinthető, elsősorban azért, mert bonyolult, nehézkes és körültekintő mintavételre van szükség – sok vér kellett a vizsgálat elvégzéséhez, és etikai okokból gyermekeknél ez nem fogadható el.

1980-as évek: RFLP technológiával végzett DNS vizsgálatok

Az 1980-as évek elején kifejlesztették a Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) angol névvel leírt technológiát, amely az első DNS-alapú genetikai teszt volt. hasonlóan a korábban tárgyalt HLA, ABO és szerológiai vizsgálatokhoz, a DNS állományunk is örökölt, mindkét biológiai szülőből származik. A DNS molekulák szerkezetében olyan régiókat fedeztek fel, amelyek nagyon változékony hosszúságúak („polimorfok”) és a korábbi eljárásoknál alkalmasabb az egyén elkülönítésére. A DNS a szervezet minden sejtmaggal bíró sejtjében megtalálható, (ezért nincs a vörösvérsejtekben, mivel azok fejlődésük utolsó szakaszára elveszítik magjukat). Az RFLP eljárás során a vizsgálatot végző laboratórium enzimeket (restrikciós endonukleázokat) alkalmaz a DNS és a jelölt DNS-próbák méretre-szabására; és a VNTR-eket (változószámú tandem ismétlődéseket) tartalmazó régiók azonosítására. Az apasági vizsgálat során (amikor az anya, a gyermek és a feltételezett apa DNS-mintáinak vizsgálata történik, a gyermek DNS-jének felerészben az anya, felerészben az apa DNS-ével kell megegyeznie. Előfordulhat, hogy a gyermek DNS-profilja egyetlen DNS-helyszínen (locus) nem egyezik a szülőkkel, ennek az oka mutáció is lehet. Matematikai és populáció-analitikai módszerrel állapítható meg mutáció megléte, vagy kizárhatósága. Az RFLP DNS-alapú apasági vizsgálat kizárási ereje 99,99%-nál nagyobb. Napjainkban azonban már ezt a vizsgálat-típust sem végezzük, mivel nagy mennyiségű DNS-t igényel maga a vizsgálat (kb. 1 mikrogramm), és ennek biztosítása sok kényelmetlenséggel jár (bonyolult a mintavételi folyamat), és hosszú volt a vizsgálati idő is (10-14 nap).

1990-es évek: PCR DNS tesztelés

Az 1990-es évek elejétől az akkor felfedezett polimeráz-láncreakció (polymerase chain reaction, PCR) segítségével végzett DNS-vizsgálat helyettesítette a korábban bevezetett RFLP-elemzést a rutinszerű leszármazási vizsgálatok esetében. A PCR analízishez sokkal kevesebb DNS is elegendő, (1 nanogram), így azt szájnyálkahártya hámsejt-mintából („nyálmintából”) is el lehet végezni, ezért nincs már szükség vérvételre, másrészt a PCR-vizsgálat hamarabb elkészül A PCR eljárás célja az STRs (Short Tandem Repeats) néven ismert DNS régiók összehasonlító vizsgálata, ezek nagyon változóak. Az apasági vizsgálat folyamata során az anya, a gyermek és a feltételezett apa teszteléskor a gyermek DNS-ének mindkét biológiai szülőjével azonosságot kell mutatnia (kivéve a mutáció esetét). Statisztikai számításokkal igazolható a vagy kizárható a mutáció megléte. Esetenként két-három genetikai eltérés is megfigyelhető – ilyenkor további megerősítő vizsgálatokra is szükség lehet.

A DNS Központ az apasági vizsgálatok során a nemzetközileg elfogadott, standardizált kromoszóma helyeken (lokuszokon) vizsgálja a személyek STR értékeit, de különleges helyzetekben további (nem standard) STR-helyeket is tesztelhet. A PCR-alapú DNS-vizsgálat hatékonysága meghaladja a 99,99%-ot.

2000-es évek: SNP-rétegek vizsgálata

A 2000-es évek eleje óta rendelkezésre álló technológiával egyetlen vizsgálattal több ezer SNP (Single Nucleotide Polymorphism) lókusz kombinált vizsgálatát is el tudják végezni. Az SNP-k olyan jellegzetes jellemzői a DNS-nek, amelyek genetikai markerekként is használhatók különféle vizsgálatok céljaira. Az SNP-meghatározások elsősorban nem a családi biológiai kapcsolatok vizsgálatára alkalmasak, hanem számos más genetikai vizsgálat céljából végzik: így lehet genetikai betegségekkel, az egészséges életmóddal, valamint az történelmi-etnikai ősök vizsgálatával kapcsolatos elemzésekre használják fel elsősorban.

Az adatbank az AIM adatokat (Ancestry Informative Markers) is tartalmazza – ezen belül az Y-kromoszóma markereket, a mitokondriális markereket, és az ősi DNS markereket is, amelyek alkalmasak ezen kívül a távoli biológiai kapcsolatok vizsgálatára is (például a 4. vagy az 5. fokú unokatestvérek kapcsolódásának ellenőrzésére is). 

A 2010-es évek: Az NGS-módszer (következő generációs szekvenálás)

Az NGS (Next Generation Sequencing – „következő generációs szekvenálás”) vagy az úgynevezett masszív párhuzamos szekvenálás a legújabb genetikai elemzési technológia. Ez az eljárás során a vizsgáló rendszer olyan DNS-szekvenciát hoz létre, amely egy DNS-mintában előforduló nukleotidok (A, T, C és G) lineáris elrendezésűek. A technológia során az átfedő DNS molekula darabok több ezer helyén indítják a molekula szekvenálását, majd a kapott adatokat nagy teljesítményű számítógépes programokkal elemzik, és állítják össze a DNS molekula pontos bázis-sorrendjét (szekvenciáját). A DNS Központ jelenleg ezt az NGS technológiát alkalmazza az úgynevezett Non-invazív szülés előtti (terhesség alatti – NIPP) apasági vizsgálat során, amely már a 8. terhességi hét után képes meghatározni a magzat biológiai apját az anyától származó vérmintát vizsálva. Korábban is létezett terhesség-alatti apasági vizsgálat, azonban az invazív mintavételt igényelt: aminocentézist, vagy chorion-boholy biopsziát. A ma használt NIPP teszt nem veszélyezteti sem a magzat, sem az anya egészségét, biztonsággal és nagy pontossággal képes megállapítani – vagy kizárni – a vizsgált feltételezett apa biológiai apaságát. A vizsgálat során az anyai vérből izolált sejten kívüli magzati DNS (cfDNA) vizsgálata történik meg – az alkalmazott NGS technika segítségével több ezer SNP ellenőrzésen alapul az apaság kizárása vagy igazolása. Ez a módszer az összes hatósági engedéllyel rendelkezik, és nem szükséges a kapott eredmény születér utáni igazoló ellenőrzése.