vignette|Les treize locus CODIS permettant la réalisation d'empreintes génétiques.
Une empreinte génétique, ou profil génétique, est le résultat d'une analyse génétique de l'ADN, rendant possible l'identification d'une personne à partir d'une petite quantité de ses tissus biologiques (bulbe de cheveu, sang, salive, sécrétion vaginale, sperme).
L'empreinte génétique repose sur le fait suivant : bien que deux humains aient une large majorité de leur patrimoine génétique identique, un certain ensemble de séquences dans leur ADN reste spécifique à chaque individu (en raison du polymorphisme). Ce sont ces séquences spécifiques d'un individu que l'analyse d'empreinte génétique permet de comparer. Si un échantillon de cellules présente la même empreinte génétique qu'un individu, on peut soutenir que ces cellules proviennent de cet individu, ou de son éventuel jumeau monozygote.
Dans son acception initiale, l'expression empreinte génétique, de l'anglais , est formée par analogie avec les empreintes digitales utilisées dans le cadre de l'identification des criminels, qui sont réputées propres à chaque individu.
Les empreintes génétiques sont utilisées en médecine légale pour identifier ou innocenter des suspects grâce à leur sang, leur salive, leurs poils, leur sécrétion vaginale ou leur sperme. Elles permettent également d'identifier des restes humains, de faire des tests de paternité, d'organiser le don d'organe, d'étudier des populations d'animaux sauvages ou même de générer des hypothèses sur la diaspora humaine lors de la Préhistoire (Bryan Sykes, Les Sept Filles d'Ève).
En raison du caractère sensible de cette information, les tests sont soumis à des contraintes légales. En France, le Comité consultatif national d'éthique a indiqué :
Le protocole de test est également soumis à des contraintes techniques rigoureuses avec notamment l’isolement de la personne au moins une heure avant le prélèvement salivaire pour éviter toute contamination de la salive par une autre, notamment à la suite d'un baiser..
Historique
En 1983, une jeune britannique âgée de quinze ans fut retrouvée morte. On crut tout d'abord à un meurtre par asphyxie, puis on décela sur son corps des marques de tortures et de viol. En 1986, tout près du lieu du premier meurtre, fut retrouvé un autre corps ; le mode opératoire était le même.
En 1985, Lord Alec Jeffreys ( - ), docteur britannique en génétique, découvrit la méthode d'identification par l'ADN.. Elle permit de disculper le suspect (premier homme soumis à une disculpation dans l'histoire de la justice et de la criminalistique) et de retrouver le vrai coupable, Colin Pitchfork.
La technique fut commercialisée en 1987, et en 1988, la méthode d'identification par l'ADN fut démocratisée.
Principes généraux Microsatellites et minisatellites de l'ADN vignette|Schéma d'un fragment d'ADN.
L'ADN est constitué de séquences de nucléotides parmi les quatre suivants : A (adénine), C (cytosine), T (thymine), G (guanine).
Les gènes permettent la fabrication des protéines, mais il existe sur l'ADN des portions qui ne codent aucune protéine. Ce sont certaines d'entre elles, appelées les microsatellites et minisatellites, qui sont très variables selon les individus et permettent donc d'établir les empreintes génétiques.
Les microsatellites et minisatellites sont des séquences de nucléotides composées de répétitions de séquences plus petites. Il y a : les séquences répétées en tandem courtes, appelées aussi microsatellites ou STR, pour Short Tandem Repeats, en anglais. La plupart des séquences répétées sont des répétitions de quatre nucléotides, mais les longueurs de deux à cinq bases sont aussi étudiées. Exemple : CTGG CTGG CTGG CTGG CTGG CTGG les minisatellites, ou VNTR, pour . Les séquences répétées sont des répétitions de 10 à 100 nucléotides. On regroupe parfois ces méthodes sous le nom (MLVA).
Ces régions de l'ADN sont très polymorphes : en effet, le nombre de répétitions est variable pour chaque individu. Parce que les gens n'ont pas le même nombre de répétitions, ces régions de l'ADN permettent d'identifier les individus.
Les régions des chromosomes où se situent ces séquences (leurs locus) doivent être repérées, puis amplifiées par PCR : il s'agit de fabriquer de nombreuses copies de cet ADN pour que celui-ci soit « visible » à la fin de l'analyse. Les fragments d'ADN obtenus sont séparés et identifiés par électrophorèse. Ceci permet de connaître leur longueur et donc d'en déduire le nombre de répétitions.
Les deux méthodes de séparation les plus communes sont l'électrophorèse capillaire et l'électrophorèse sur gel.
L'utilisation des microsatellites La grande force des systèmes d'identification basés sur les microsatellites est la fiabilité statistique de l'identification.
Le polymorphisme de chaque microsatellite est par lui-même très variable. Une version d'un même locus (et non allèle puisque la séquence est dans une zone non codante de l'ADN) peut avoir une fréquence comprise entre 5 et 20 % des individus. Un seul locus ne permet donc pas de désigner un individu précis. Il faut utiliser plusieurs locus.
En France. et aux États-Unis, on utilise couramment treize locus (régions de séquence répétée) pour une identification. Et comme chaque locus est composé d'une certaine séquence de répétition (microsatellite) et que le nombre de répétitions est parfaitement indépendant des répétitions sur les autres locus, les règles de statistiques peuvent être appliquées.
Par exemple, pour trois locus A, B et C, indépendants, et pour lesquels il existe plusieurs versions (A, A, A, et B, B, etc.), on peut dire que Probabilité (A, B, C) = Probabilité (A) × Probabilité (B) × Probabilité (C). Ainsi, pour , la probabilité d'avoir deux séquences identiques pour deux individus différents non apparentés est estimée à sur , ce qui est quasiment négligeable (très proche de zéro). Par conséquent, plus le nombre de microsatellites analysés est important, plus l'identification est fiable. Toutefois, dans le cas général, si on ne sait pas si les deux individus sont apparentés, la probabilité monte à sur (parce que 0,2 % de la population mondiale est constituée de jumeaux monozygotes).
Selon les pays, différents systèmes d'identification de l'ADN basés sur la répétition des microsatellites sont utilisés. En Amérique du Nord (États-Unis, Canada), la norme CODIS est la plus utilisée, alors qu'en Angleterre, c'est le SGM+ (Second Generation Multiplex Plus). Mais, de toute manière, plusieurs zones de microsatellites sont communes aux différentes normes utilisées, ce qui permet la compatibilité entre elles.
En France, les empreintes génétiques sont rassemblées dans le Fichier national automatisé des empreintes génétiques (FNAEG), destiné à l'origine à recueillir les empreintes des personnes condamnées pour infractions à caractère sexuel, mais dont l'usage s'est rapidement étendu à toutes sortes de délit, contenant en 2008 plus de (soit près de 1 % de la population française)..
Différentes techniques d'analyse vignette|Extraction d'ADN à partir du sang humain. L'analyse demande d'abord d'extraire l'ADN des échantillons de cellules. Ces échantillons peuvent être de sang, de salive, de sperme ou tout autre fluide ou tissu corporel adéquat.
Il faut ensuite cibler et analyser les séquences répétées.
PCR La PCR ( ou réaction de polymérase en chaîne) est une technique d'amplification d'ADN in vitro. Elle permet d'obtenir un très grand nombre de copies d'une séquence d'ADN choisie. Chaque cycle de PCR est constitué de 3 étapes :
Dénaturation : une première étape de chauffage à permet de séparer les deux brins d’ADN ; Hybridation (56−) : les amorces s’apparient spécifiquement avec leur brin complémentaire d’ADN dénaturé ; Élongation (72 °C) : l’ADN polymérase synthétise le brin complémentaire de chaque brin d’ADN matrice à partir des désoxyribonucléotides (dNTP) libres présents dans le milieu réactionnel.
La méthode par PCR est la plus utilisée car elle présente plusieurs avantages. : elle nécessite peu d'ADN, 1 à ; elle est rapidement réalisée en à ; elle a une haute sensibilité.
Avec l’invention de la PCR, les tests d'ADN ont fait un bond en avant dans la précision et les possibilités d’analyse à partir d’un tout petit échantillon de départ.
La PCR permet de multiplier des séquences spécifiques d'ADN en jouant sur les propriétés d’hybridation et de dénaturation des brins complémentaires d'ADN en fonction de la température. Ces éléments permettent de contrôler l’activité enzymatique grâce à des transitions de température répétées de manière cyclique (grâce à un thermocycleur) qui conduisent à une chaîne de réplications cycliques.
Polymorphisme de longueur des fragments (RFLP)
Le polymorphisme de longueur des fragments de restriction (restriction fragment length polymorphism en anglais, RFLP) est une méthode longue et laborieuse (une semaine) qui nécessite une grande quantité d'ADN de bonne qualité pour être utilisée. Elle a été supplantée par la méthode PCR.
L’analyse du polymorphisme de longueur des fragments de restriction est une des toutes premières techniques d'analyse d'ADN. Elle a été depuis complètement remplacée par des techniques plus récentes comme le séquençage de l'ADN.
L’analyse RFLP utilise une enzyme de restriction pour découper l'ADN en fragments qui sont ensuite séparés en bandes par électrophorèse en gel d'agarose..
Ensuite, les bandes d'ADN sont transférées du gel d’électrophorèse sur une membrane nylon par une technique appelée Southern blot.
La membrane nylon recouverte des bandes de fragments d'ADN subit une irradiation qui fixe des séquences d'ADN spécifiques sur la membrane. L'ADN non fixé par les radiations est éliminé en lavant la membrane.
La membrane nylon avec les séquences d'ADN irradiées est placée sur un film sensible aux rayons X. Ce film est alors développé pour obtenir une image des bandes. L’image obtenue est appelé « carte génétique » ou « carte de restriction » d'une molécule d'ADN.
La carte de restriction donne l'ordre des sites de restriction le long de cette molécule et la taille des fragments produits.
En faisant plusieurs analyses sur différents morphismes, on arrive à un niveau de discrimination exploitable.
L'inconvénient principal de la méthode RFLP est que les tailles exactes des bandes sont inconnues et la comparaison à une échelle de poids moléculaire est purement qualitative.
Beaucoup de laboratoires ont développé des modèles décrivant ce qu'ils considéraient comme carte de restriction de référence, mais ils n'ont pas été standardisés et la prise des empreintes par RFLP a subi des attaques judiciaires (USA : Partie Civile vs. Castro 545 N.Y.S. . 985 (Sup. Ct. 1989)).
L’un des principaux reproches faits à la méthode RFLP était la grande quantité et la qualité de l’échantillon d'ADN nécessaire.
Le développement de méthodes d’amplification permet l’analyse d’échantillons plus petits ou dégradés.
Des méthodes comme le HLA-DQ alpha reverse sont devenues très populaires par leur facilité et la rapidité d’obtention des résultats, bien qu’elles soient moins précises que le RFLP. Par exemple, elles étaient inappropriées pour identifier différents ADN mélangés dans l’échantillon de départ comme pour ceux des fluides vaginaux des victimes de viols.
AFLP
Une autre technique, AFLP (), a été utilisée au début des années 1990. Cette technique est plus rapide que l’analyse RFLP et utilise la technique de la réaction en chaîne par polymérase pour répliquer les échantillons d'ADN.
On distingue les différents allèles par le polymorphisme des répétitions en tandem polymorphe ( en anglais), séparés par électrophorèse sur gel polyacrylamide utilisant une échelle de mesure d’allèles (par opposition aux échelles de poids moléculaires).