Giuseppe Novelli

novelli@med.uniroma2.it

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.