Forschungsschwerpunkte

Single Cell Profiling

Die Einzelzellanalyse gewinnt in der forensischen Wissenschaft zunehmend an Bedeutung, da DNA-Mischspuren in forensischen Fallproben häufig auftreten. Konventionelle Methoden sind oftmals nicht in der Lage, solche Mischungen zuverlässig zu dekonvoluieren, das heißt, die DNA-Identifizierungsmuster der einzelnen an der Mischung beteiligten Personen können nicht eindeutig voneinander getrennt und als Einzelprofile abgeleitet werden.
Diese Problematik ist insbesondere in Fällen relevant, in denen keine Hinweise auf tatverdächtige Personen vorliegen und somit auch keine Vergleichs-DNA-Profile zum Abgleich mit den Merkmalsmischungen zur Verfügung stehen. In solchen Situationen besteht die Hoffnung darin, aus einer tatrelevanten Spur ein DNA-Profil einer einzelnen, bislang unbekannten Person zu gewinnen. Ein solches Einzelprofil könnte anschließend mit nationalen oder internationalen DNA-Datenbanken abgeglichen werden, in der Hoffnung durch Treffer mit Personendatensätzen neue Ermittlungsansätze zu ermöglichen.
Zum einen kann hier die Trennung unterschiedlicher Zelltypen hilfreich sein. Liegen in einer Spur beispielsweise Zelltypen verschiedener Herkunft vor – etwa Blut-, Sperma- und Epithelzellen von jeweils nur einer Person – können die Zelltypen zunächst voneinander separiert und anschließend jeweils als Zellpools analysiert werden. Auf diese Weise lassen sich die DNA-Profile der beteiligten Personen häufig differenzieren.
Problematischer sind hingegen Mischungen, bei denen mehrere Personen denselben Zelltyp beigetragen haben. Ein typisches Beispiel hierfür sind Spermazellen mehrerer Männer in einer Spur. Da sich diese Zellen morphologisch und biologisch nicht voneinander unterscheiden lassen, ist eine Trennung auf Zelltypenebene nicht möglich. In solchen Fällen ist eine Analyse auf Einzelzellebene erforderlich, um individuelle DNA-Profile zu generieren.
Seit sieben Jahren beschäftigt sich unsere Arbeitsgruppe mit der Einzelzell-DNA-Analyse. In diesem Zeitraum konnten insbesondere bei der Untersuchung künstlich angelegten Spuren wesentliche methodische Fortschritte erzielt werden, die das Potenzial der Technik zeigen. Die zentrale Herausforderung besteht nun darin, diese Methode auf reale forensische Routineproben zu übertragen und unter praxisnahen Bedingungen zu validieren. Dabei liegt die Hauptschwierigkeit weniger in der nachfolgenden DNA-Typisierung, sondern vielmehr in der effizienten Gewinnung und Isolation ausreichend intakter Zellen aus häufig stark degradiertem oder nur in sehr geringen Mengen vorliegendem Spurenmaterial.
Die Zellseparation erfolgt derzeit in unserem Labor mithilfe des DEPArray™ NxT Systems, mit dem Zellen, die zuvor mittels spezifischer Antikörper und Fluoreszenzmarker markiert wurden, selektiert und isoliert werden können.

Publikationen zum Thema
Anslinger K, von Máriássy D, Bayer B. 2018. Application of DEPArray™ technology for the isolation of white blood cells from cell mixtures in chimerism analysis. Rechtsmedizin 28:134–137.
Anslinger K, Bayer B. 2019. Whose blood is it? Application of DEPArray™ technology for the identification of individual(s) who contributed blood to a mixed stain. International Journal of Legal Medicine 133:419–426.
Anslinger K, Graw M, Bayer B. 2019. Deconvolution of blood–blood mixtures using DEPArray™ separated single-cell STR profiling. Rechtsmedizin 29:30–40.
Anslinger K, Bayer B. 2019. New strategies in the field of mixture deconvolution: Single-cell STR profiling. Forensic Science International: Genetics Supplement Series. https://doi.org/10.1016/j.fsigss.2019.09.099
Diepenbroek M, Bayer B, Anslinger K. 2021. Pushing the boundaries: Forensic DNA phenotyping challenged by single-cell sequencing. Genes 12:1362. https://doi.org/10.3390/genes12091362
Diepenbroek M, Bayer B, Anslinger K. 2021. Pushing the boundaries: Forensic phenotyping challenged by single-cell sequencing. Rechtsmedizin 31:350.
Diepenbroek M, Bayer B, Anslinger K. 2023. Phenotype predictions of two-person mixtures using single-cell analysis. Forensic Science International: Genetics. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2023.102938
Anslinger K, Bayer B, Schick S, Fimmers R. 2024. Using cluster analysis for grouping partial autosomal haplotypes derived from single sperm STR profiling. Rechtsmedizin 34:108–114. https://doi.org/10.1007/s00194-023-00673-6