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Giuseppe Novelli
Dipartimento di Biomedicina e Prevenzione
Identità biologica: passato, presente, futuro
“Non esistono due volti uguali, non ci sono due corpi simili e non esistono due individui che reagiscono allo stesso modo e si comportano allo stesso modo in condizioni patologiche”
William Osler, 1849-1919
L’identificazione mediante le impronte digitali.
• non esistono al mondo due persone con le stesse impronte
digitali (neanche i gemelli);
• 3.000.000 i cartellini fotosegnaletici, nel A.F.I.S.;
• la normativa indica come 16-17 i punti necessari per una
identificazione, cioè in termini statistici 1 persona su 6 miliardi.
Biological samples in Forensic Analysis
1985 1990 1995 2000
Blood groups
HLA
Proteins
Enzymes
The Genome and Gene Networks
DETECTION OF
MINISATELLITES USING
SLPs
DETECTION OF
MINISATELLITES USING
MLPs
«Questa nuova tecnica potrebbe
introdurre una rivoluzione in molti settori,
fra cui l’incriminazione di criminali
prelevando un piccolo campione di
sangue sulla scena del crimine».
Leicester Mercury, 1985
ATCGGCTAGCTGATCGACGATGACCGTAGCGTTGATCGGTAGGCTAGCTGAAACTTAACGGA
ATCTACGGATGGCTGACTGATG
ATCTACGGATGGCTGACTGATG
ATCTACGGATGGCTGACTGATG
ATCTACGGATGGCTGAGATG Indels
ATTACTGATCGGTAGCTGAGCCAATGGCAGTGATGGATGGTAGCTGAGTGCTGGACAT
GATA GATA GATA GATA GATA GATA GATA GATA
MinisatellitesMinisatellites
Microsatellites or STRs
SNPs
Duplications- Copy Number Variants: CNVs represents a copy number change involving a DNA frament that is ~1 Kb or larger- Feuk et al 2006 Nature Genetics
INDELS
Delitto di Balsorano
• Cristina Capoccitti, 7 anni, viene butalmenteassassinata, strangolata e poi finita a pietrate. Il suo corpicino viene scoperto alle prime luci dell’alba del 24 agosto 1990.
• Corte di Assisi L’Aquila, ammette per la prima volta in Italia la PCR come metodo per DNA profiling
amelogenin
D19
D3
D8
TH01
VWA D21FGA
D16D18 D2
amelogeninD19
D3D8 TH01
VWA D21
FGA
D16D18 D2
Tw
o d
iffe
rent
indiv
idual
s
DNA Size (base pairs)
Results obtained with a spot of
blood the size of a pinhead
probability of a random
match: ~1 in 3 trillion
Human Identity Testing with Multiplex STRs
Simultaneous Analysis of 9 STRs and Gender ID
AmpFlSTR® SGM Plus™ kit
Forensic LIMS• Instruments Integration
CaseRegistration
• DNA Extraction, Purification, Quantification,
• DNA Amplification
Exhibits
BarcodeReaders
BarcodePrinters
• Reports• Population
Statistics
Samples
• STR Database
• Case Tracking• Methods Validation Support• Electronic Signature• Data Search
Biological trace:
Saliva
Nails Hair
Human Remains
Civitavecchia, 1995
30 aprile 1995
Operazioni di campionatura
della sostanza ematica
rinvenuta sulla statuetta
Ricostruzione dell’attentato al magistrato Giovanni Falcone e alla sua scorta
Alcuni mozziconi di sigaretta tra quelli rinvenuti sulla scena del crimine
The DNA contribute to the
capture of the Sicily’s
invisible man
Bernardo Provenzano, Italy's most wanted man, was on the run for more than 40 years. Moving from one safe house to another, he became the godfather of the Sicilian Mafia in 1993, running the huge organization without ever using a telephone, communicating instead through tiny typed notes, pizzini, passed back and forth through a labyrinth of secret relays.
The comparison between a profile obtained from a brother of BP and a profile obtained from a biopsy of BP showed a Probability of 99,87% that two subject are brothers.
Mathernal and paternal lineage was confirmed by mtDNA and Chromosome Y analysis.
Yara, il ruolo decisivo della
genetica
Strage del Circeo, la conferma del dna È di Ghira il corpo sepolto a Melilla
THE RECOVERY OF THE BOAT WITH THE BODIES INSIDE BY THE ITALIAN GOVERNEMENT (PM MATTEO RENZI) AND LED BY MARINA MILITARE (ITALIAN NAVY- DEFENSE
DEPARTEMENT)
MEDICO-LEGAL EXAMINATIONS
Identification numberof each buried body
14:46 dell’11 marzo 2011, un fortissimo terremoto di magnitudo 9.0 si abbatté sulla costa nord-orientale del Giappone e sviluppò un devastante tsunami nelle aree adiacenti del Tohoku e Kanto
Profili di DNA di detenuti e/o indagati e/o imputati
Profili di DNA ottenuti da tracce biologiche lasciate sulla scena del crimine da ignoti
Profili di DNA di persone scomparse (resti umani, disastri aerei) e persone non identificate (tratta di persone quali minori, etc.)
THEN, WHY SHOULD WE LOOK FOR NEW
SYSTEMS??
Degraded samples
High-throughput methodologies for:
- DNA databases (More than 1 million DNA
profiles per year)
- Lab at the scene of the crime: Time is critical
- Privacy/security
- New methodologies (omic-related, gene geography,
trait analysis)
SNP: SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM
ATCGGCGTACCTGATTCCGAATCCGTATCG
ATCGGCGTACCTGAATCCGAATCCGTATCG
Distribution: 1 SNP every 200 bp
>10 million SNPs in the human genome
More than 13 million SNPs identified
Saliva stains degraded for 147 days
81% complete SNP profile /STRs were only 18% complete
Blood degraded for 243 days
100% full SNP profiles /only 9% with STRs
Low copy number from personal belongings
Full STR profile 24% / complete SNP profiles 92%
500pg
250pg
125pg
62pg
31pg
16pg
Forensic validation in critical samples
Courtesy USC
Microfluidics is a hope
Microfluidics: The use of microfabrication techniques from the IC industry to fabricate channels, chambers, reactors, and active components on the size scale of the width of a human hair or smaller
Tor Vergata Electronic Nose
34plex SNaPshot composition
Geographic origin of a sample
IACR Cork '11
This person was European
... and had blue eyes: rs12913832 = GG
Geografia Genomica?
.”……..Anche se l'origine etnica di una persona stabilita attraverso analisi genetiche di ancestralità, non è equivalente alla razza, la "origine condivisa" potrebbe essere interpretata come razza, specialmente quando l'origine genetica è rintracciata nei principali continenti: Africa, Asia, Europa e Americhe……Non ci sono razze, ma individui che talvolta sono più legati ad ogni [altro] rispetto agli altri….. .
Da: GIANFRANCO BIONDI, GIUSEPPE NOVELLI, OLGA RICKARDS:LA FALSIFICAZIONE DEL PARADIGMA RAZZIALE, 2017
Identification of individuals by trait prediction
using whole-genome sequencing data
doi: 10.1073/pnas.1711125114
Giuseppe Novelli’s genome…
• Male, Caucasian• Whole Exome Sequencing performed on
the NextSeq 500 (Illumina) • Average coverage (X) 112• % targeted coverage ≥1X 99.94 • % targeted coverage ≥10X 99.21 • % targeted coverage ≥20X
97.56 • tot variants in vcf file 263.810 • low frequency variants (MAF <5%)
42.243 • variants with annotated clinical
significance 26 • variants with a predicted clinical
significance 234
Genetic Superheroes?
Perhaps you or someone you know is a genetic superhero and simply doesn’t know ityet.
Resilient individuals
870 mutations, causing580 mendelianconditions
Systematic Biology, 66, Issue 6, 1 November 2017
Udine, Marzo 2007:Bayout Abdelmalek uccide acoltellate WalterPerez
Giugno 2008: condannato in primo grado con rito abbreviato a scontare 9 anni e 2 mesi di reclusione con l’accusa di omicidio volontario
Settembre 2009: in secondo grado la Corte d’Assise d’Appello di Trieste ha riconosciuto a B.A. uno sconto di pena di un anno perché “vulnerabile geneticamente”
Maggiore inclinazione a manifestare
aggressività se provocato o
escluso socialmente
L’imputato risulta essere portatore, per
ciascuno dei polimorfismi
esaminati, dell’allele a bassa attività per il gene MAOA (MAOA-L)
“Vulnerabile
geneticamente”
Il nostro DNA, e soprattutto il nostro
epigenoma, si modifica in relazione al
vissuto. Se è vero che i nostri
comportamenti sono influenzati dal nostro
DNA è anche vero che il nostro DNA è
influenzato dalle nostre esperienze, che ne
determinano cambiamenti di regolazione ed
espressione.
IACR Cork '11
Personal microbiomes shown to contain unique ‘fingerprints’
Can The Microbes You Leave Behind Be Used to Identify You?
Lax, 2015. Forensic analysis of the microbiome of phones and shoes
Metagenomic codes (overview).
Eric A. Franzosa et al. PNAS 2015;112:E2930-E2938
©2015 by National Academy of Sciences
RISC (RNA-induced silencing complex), which is a complex of proteins that localizes the miRNA to its complementary target mRNA
Biogenesis of miRNAs
Interesse crescente sullo studio del profilo di espressione dei microRNAnelle analisi forensi
Variabilità genetica dei microRNA: potrebbe essere utile per l’identificazione individuale?
Studi più approfonditi di genetica di popolazione potrebbero permettere di utilizzare anche la variabilità genetica dei miRNA a scopi forensi?
I primi studi sulla variabilità dei microRNA sembravano indicare che nelle regioni corrispondenti al miRNA maturo le variazioni genetiche fossero quasi assenti. Più recentemente si stanno trovando molte variazioni anche nelle regioni del mir maturo e del seed
Le sequenze deimiRNA sonomolto conservatenella specieumana (lineenere), allo stessolivello dellesequenzeesoniche (lineeblu) (Rawlings-Goss, 2014)
Distribuzione e localizzazione delle variazioni di sequenza dei microRNA, ottenuta analizzando databases di grandi popolazioni (GnomAD). (Oak N, 2017)
Un solo spermatozoo contiene 37,5 megabyte di informazione
Una eiaculazione produce 2,25 millilitri in 5 secondi.
Una normale eiaculazione trasferisce in un secondo 1,687.5 terabytes di dati!
L’intera biblioteca del Congresso di Washington contiene circa 500 terabyte di informazione in 28 milioni di
libri collezionati dal 1800.