זיהוי ביולוגי של בני אדם

מחבר: פרופ' חיים בראוטבר

מתוך הכינוס השנתי השני לרבנים ולרופאים בנושא: גינקולוגיה, גנטיקה, פוריות ויילודים לאור ההלכה ב' בטבת תשנ"ח (31.12.1997)

תקציר: בדיקות די-אן-אי מאפשרות לזהות קשרי משפחה בדיוק של 99.99% . הזיהוי מבוסס על שימוש בשלוש מערכות מקבילות.

מילות מפתח: די-אן-אי, בדיקות גנטיות, זיהוי גנטי, ייחוס משפחתי בעזרת זהוי גנטי.

 זיהוי גנטי מבוסס על בדיקתן של מספר מערכות גנטיות

זיהוי גנטי וייחוס משפחתי של יילודים, כמו במקרה של קביעת אבהות, אימהות והורות, מבוסס על בדיקתן של מספר מערכות גנטיות שהינן בלתי תלויות זו בזו. אנחנו, אנשי המעבדה, שמתבקשים לענות על השאלה הזאת, שואפים לבדוק מערכות גנטיות המצטיינות ברב-צורתיות, זאת אומרת מערכות הכוללות סמנים גנטיים רבים ככל האפשר. החומר התורשתי - ה-די-אן-אי - המצוי בגרעין של כל אחד מתאי גופנו, זהה כמעט לחלוטין אצל כל שוכני כדור הארץ. ולמרות זאת, קיימים הבדלים ב-די-אן-אי בין אדם לאדם. למה הדבר דומה? לכל בני האדם יש אף, פה, שתי עיניים, שתי אוזניים, ומבנה בסיסי דומה של הפנים. אך כידוע יש הבדלים במבנה פניהם של בני האדם, כמו שפתיים עבות או דקות, גבות דלילות או עבותות, אף נשרי או סולד. כך גם ב-די-אן-אי יש הבדלים דקים בין בני אדם, הבדלים אלה הם האחראיים לכך שאין שני בני אדם השווים לחלוטין בתכונותיהם, פרט לתאומים זהים. ה-די-אן-אי מרוכז בגרעינו של התא בתוך גופיפים מיוחדים הנקראים כרומוזומים (תרשים מס' 1) . בגרעינו של כל תא אנושי אנחנו מוצאים 23 2) . זוגות כרומוזומים, אשר לכל אחד מהם יש מבנה וצורה המאפיינים אותו (תרשים מס'    

תרשים מס' 1

תרשים מס' 2

רק תאי המין - תא הזרע ותא הביצית - מכילים את מחצית מספר הכרומוזומים, כך שמכל זוג כרומוזומים מורש לצאצא כרומוזום אחד מהאם ואחד מהאב (תרשים מס' 3) .

תרשים מס' 3

זיהוי גנטי וייחוס משפחתי של יילודים מבוסס על קביעת הגנוטיפ (המבנה הגנטי) של האם, האב והצאצא, במספר מערכות גנטיות שהן בלתי תלויות זו בזו. בהתאם, אנחנו בודקים במעבדה שלוש מערכות גנטיות לצורך המטרה הנ"ל: מערכת תיאום הרקמות, סמנים של די-אן-אי וסוגי הדם. אני אתרכז בהרצאתי בשתי המערכות הראשונות - מערכת תיאום הרקמות וסמנים של די-אן-אי.

מערכת תיאום הרקמות

מערכת תיאום הרקמות הינה המערכת הגנטית הרב-צורתית ביותר מבין כלל המערכות הגנטיות המוכרות כיום באדם. המערכת הזאת נקראת גם Human Leukocyte Antigens

או בקיצור - מערכת ה- HLA   כפי שרואים בתרשים מס' 4 מערכת תיאום הרקמות של האדם ממוקמת על. הזרוע הקצרה של כרומוזום מספר 6, ואפשר לראות בהגדלה רבה (בחלק התחתון של התרשים) את איזור המערכת הזאת על פני כרומוזום אחד מזוג הכרומוזומים. מה שבולט לעין מיד הוא שבמערכת זו יש שישה אתרים גנטיים, אשר ניתנו להם השמות לפי האלפבית הלועזי -  A, B, C, DR, DQ, DP . זאת אומרת, שעל פני כרומוזום אחד אנחנו נושאים שישה אתרים גנטיים של תיאום רקמות, ועל פני הכרומוזום השני, אותו אנו יורשים מההורה השני, אנחנו נושאים שישה אתרים גנטיים נוספים של תיאום רקמות.

תרשים מס' 4

תרשים מס' 5 6 - אחד מתאר את התא, את גרעין התא, ואת שני הכרומוזומים של זוג מספר שהורש מהאב ושני שהורש מהאם. לצורך הדגמה מסומנים רק שלושה אתרים גנטיים של תיאום רקמות. למשל באתר A שבכל אחד מהכרומוזומים יושב גן שאחראי על הופעתה של מולקולה של תיאום רקמות, או סמן גנטי של תיאום רקמות. במקביל, גם על הכרומוזום שהורש מהאם נמצא אתר  A שגם בו יושב גן שאחראי להופעתה של מולקולה של תיאום רקמות על פני מעטפת התא. ואם יש שישה אתרים של תיאום רקמות על פני כרומוזום אחד, ושישה אתרים על פני כרומוזום שני, וביחד – 12 גנים הרי שאנו צופים למצוא על פני מעטפת התא 12 סמנים של גנים, תיאום רקמות, שאותם אנחנו בודקים במעבדה.   

 תרשים מס' 5

תרשים מס' 6

מערכת תיאום הרקמות היא מערכת רב-צורתית מאוד (תרשים מס' 6) למשל באתרA  של מערכת תיאום הרקמות מוכרים היום בטבע 83 סמנים גנטיים של תיאום רקמות. אבל יש לזכור שכל אחד מאיתנו נושא רק שניים מהסמנים הללו, אחד הוריש לנו האב והשני הורישה לנו האם. באתר B יש  186סמנים גנטיים, אך שוב נזכור כי כל אחד מאיתנו נושא רק שניים מהמבחר יש הגדול הזה, אחד מהאב אחד מהאם. בסך-הכל עד היום זיהו במערכת תיאום הרקמות כ- 800 סמנים גנטיים לפחות. לכן לא לחינם אומרים שזו מערכת רב-צורתית ביותר. ונזכור שוב, שכל אחד מאיתנו נושא 12 סמנים של תיאום רקמות מתוך המבחר של 800 הקיים בטבע.

פרט נוסף שחשוב לזכור ביחס למערכת זו הוא, שהאתרים הגנטיים של תיאום הרקמות - ששת האתרים הגנטיים על פני הכרומוזום - ממוקמים בקרבה יתרה זה ליד זה, ולפיכך הם מורשים כיחידה אחת שנקראת בפינו בשפה המקצועית הפלוטיפ (hplotype) אם כך, כל אחד מאיתנו נושא שני הפלוטיפים - אחד שירשנו מהאב ואחד שירשנו מהאם (תרשים מס' 7) . מערכת תיאום הרקמות, עקב הרב-צורתיות הרבה שלה, נותנת באוכלוסיה עשרות מליונים של צירופים של פרופילים גנטיים של תיאום רקמות. כל פרופיל גנטי של HLA  הינו נדיר יחסית, ומהווה מעין טביעת אצבעות ביולוגית של האדם. יתירה מזו, שכיחותו של פרופילHLA  המצוי ביותר באוכלוסיה הינה פחות מחצי אחוז.      

 תרשים מס' 7

תרשים מס' 8

אביא עכשיו לפניכם שני מקרים שנבדקו במעבדה שלנו, אשר ידגימו לכם את עוצמתה של מערכת תיאום הרקמות בזיהוי גנטי ובשיוך ביולוגי של היילוד למשפחתו:

תרשים מס' 8 מדגים מקרה של החלפת תינוקות, שאירע באחד מבתי החולים בארץ. מדובר בשתי משפחות. למשפחה הראשונה נולדו תאומות, ולמשפחה השנייה תינוקת אחת. כיוון שהמקרה הזה היה מאוד טעון מבחינה רגשית, כפי שאתם מתארים לעצמכם, החלטנו לבדוק את שלושת הדורות - את התינוקות, את ההורים ואת הסבים והסבתות (בדרך-כלל אפשר להסתפק, כפי שתראו בהמשך, בבדיקת התינוקות וההורים בלבד).

תינוקת מספר 1 נושאת את ההפלוטיפ  A2 B40, וניתן לראות יפה מאוד שהיא ירשה את ההפלוטיפ הזה - הסמנים של תיאום הרקמות שהוא נושא - מאביה, והוא ירש אותו מאביו. זאת אומרת שהיה אפשר לראות כאן את ההורשה של ההפלוטיפ A2 B40 בשלושת הדורות, החל מהסב, המשך באב וכלה בתינוקת. ההפלוטיפ   A26 B38 אפשר לראות שהורש מהאם, והיא ירשה אותו מאימה, הסבתא של התינוקת. אין לנו אם כן כל ספק שתינוקת זו שייכת להורים אלה. לעומת זאת, התינוקת מספר 2 אינה שייכת להורים אלה: שני ההפלוטיפים שהיא נושאת -   3 B44 A3 ו 26 Cw4 B35 A- אינם נמצאים ו- אצל ההורים האלה.

A3 B44 הורש מהאב במשפחה השניה, והוא ירש את ההפלוטיפ הזה מאימו;

A26 Cw4 B35 הורש מהאם במשפחה השניה, והיא ירשה את ההפלוטיפ הזה מאביה. המסקנה היא שלילת תינוקת מספר 2 מלהיות הבת של הורים אלה, ושיוכה למשפחה השניה. לעומתה לתינוקת מספר 3 יש את ההפלוטיפים A11 B38 ו A26 B38, והיא נשללת מלהיות הבת של המשפחה השניה, כי אין אצלם את ההפלוטיפים האלה. לעומת זאת, הפלוטיפ  A11 B38 הורש מן האב במשפחה הראשונה, והוא ירש אותו מאימו; A26 B38 הורש מהאם, והיא ירשה אותו מאימה. בתרשים מס' 9 אנחנו רואים דוגמה שמלמדת כי ביצוע בדיקת תיאום רקמות או סיווג רקמות במשפחה מורחבת, מאפשר לעקוב אחרי הורשת ההפלוטיפים בין בני המשפחה, ובדרך זו לשחזר מבחינה גנטית את המבנה של תיאום רקמות של אדם שנפטר. מדובר על תביעת אבהות נגד גבר מספר 4 בדוגמה זו, כאשר הטענה היא שהוא אבי הילדה מספר 5 האם לא הייתה זמינה לבדיקות, כיוון שלא הייתה בחיים (מסומנת בתרשים ב-X  בתוך עיגול), אבל אביה ואימה של האם (מספר 1 ו 2) ואחותה (דהיינו מספר 3 שהיא הבת של מספר1 ו 2 היו זמינים לבדיקה. ואכן בוצעה בדיקת תיאום הרקמות, שוחזר הגנוטיפ של בני המשפחה, ואפשר לראות אצל האחות (מס' 3) שההפלוטיפ A24 Cw1203 B18  הורש מהאם וההפלוטיפ A29 Cw15 B07 הורש מהאב. עכשיו יכולנו לעקוב אחרי הורשת ההפלוטיפ המסומן כאן בחץ -   A01 CW15 B35 DRB1 1501 (כל אלה הם סמנים גנטיים של תיאום הרקמות), ולמרות שהאם של הילדה מספר 5 לא הייתה בחיים, היה אפשר להראות את הורשת ההפלוטיפ הזה במשפחתה, שהופיע בנכדה (מספר 5). של הסבתא (מספר 2) ההפלוטיפ האובליגטורי, שמקורו באב הביולוגי, שנושא את הסמנים A3101 Cw04 B35 DRB104 אכן נמצא בגבר שאבהותו נטענה, והוכח אם כן שהגבר מספר 4. הוא אביה של הילדה מספר 5

תרשים מס' 9 

אלה היו שתי דוגמאות שהדגימו לכם את עוצמתה של מערכת תיאום הרקמות בזיהוי גנטי מצד אחד, ובשיוך משפחתי של יילודים מצד שני.

נסכם את הדברים: מערכת ה-HLA היא מערכת ביולוגית המוגדרת היטב מבחינה גנטית, והיא המערכת הגנטית הרב-צורתית ביותר באדם (800 סמנים גנטיים לפחות). מערכת תיאום הרקמות נחקרת ביסודיות מזה שלושים שנה, ולפיכך יש שפע של מידע ביולוגי וגנטי על המערכת הזאת. שיטות העבודה לזיהוי הסמנים הגנטיים של תיאום הרקמות מבוססות היטב, ויש להן שימוש שגרתי למטרות רפואיות נכבדות, כגון השתלת איברים ומח עצמות, אבחנה מבדלת של מחלות וייעוץ גנטי. ולבסוף, קיים מאגר נתונים על שכיחות הסמנים של מערכת תיאום הרקמות בעדות השונות בישראל, דבר שיש לו חשיבות גדולה כשאנו באים לעשות את החישוב הסטטיסטי בדבר הסתברות הייחוס המשפחתי של יילוד. המסקנה היא, אם כך, שמערכת ה-HLA הינה מערכת מהימנה ביותר לזיהוי ביולוגי ולשיוך גנטי משפחתי של האדם. עד כאן בעניין מערכת תיאום הרקמות.

אתרים גנטיים רב-צורתיים של ה-די-אן-אי

המערכת השנייה שאנו בודקים הינה אתרים גנטיים רב-צורתיים של ה-די-אן-אי. ה-די-אן-אי היא מולקולה גדולה, המורכבת משני סרטים השזורים זה בזה (תרשים מס' 10) . לאורך כל סרט אפשר להבחין באבני בנין, אשר השם המדעי שלהן הוא בסיסים. ניתנו להן האותיות

A,T,G,C, וניתן לראות כי אבני הבנין האלו, הבסיסים הללו, הן החוליות המקשרות בין שני הסרטים של מולקולת ה-די-אן-אי. ה-די-אן-אי צופן בחובו את כל הידע על קיומו של האדם, ידע שמועבר מדור לדור.

תרשים מס' 10

בדיקת די-אן-אי לצורך זיהוי ביולוגי מתרכזת באנליזה של אתרים שבהם יש שונות רבה בין בני-אדם, ואנליזה זו מאפשרת לקבל את מה שנקרא בפינו קלסתרון די-אן-אי של הנבדק. אנו בודקים כיום ב-די-אן-אי אתרים שבהם יש יחידת רצף של בסיסים באורך קבוע, החוזרת על עצמה מספר משתנה של פעמים בבני-אדם שונים, והשם המקצועי של אתרים אלה הוא VNTR (VariaBLE Numbers of Tanden Repeats)

תרשים מס' 11

בתרשים 11 אנו רואים זוג כרומוזומים, ובשניהם אתר גנטי של שונות שקראנו לו  ApoB  (לשם הזה יש סיבות גנטיות), אותו אנו מעוניינים לבדוק. מה המיוחד באתרי השונות האלה,ה-VNTR?

המייחד אותם הוא שיש להם יחידת רצף בסיסים באורך קבוע, במקרה שלנו מדובר על 16 זוגות בסיסים ביחידת רצף אחת. מה ההבדל בין שני האתרים הללו?

באתר אחד יש 37 חזרות של יחידת רצף זו, ובאתר השני, על הכרומוזום המקביל, יש 35 חזרות של יחידת רצף זו. כשאנחנו נבדוק את אתר השונות הזה ברמת ה-די-אן-אי נקבל שני פסים בכל מבדק. בתרשים מספר 12 אנו רואים (באמצע) בדיקת די-אן-אי של אתר שונות

ApoB. בבדיקת האבהות הזאת מספר הוא הגבר הנטען לאבהות, הצאצא מספר 2  והאם מספר 3. כתוצאה מבדיקת ה-די-אן-אי באתר השונות הספציפי הזה נתקבלו שני פסים, כל פס מייצג את קטע ה-די-אן-אי המתאים. הפס העליון מייצג את קטע ה-די-אן-אי אשר היו בו 37 חזרות של יחידת הרצף, והפס התחתון מייצג את קטע ה-די-אן-אי שהיו בו 35 חזרות. החשוב הוא, שלמעשה מה שקיבלנו הוא קלסתרון ה-די- אן-אי של שלושת הנבדקים. כעת רואים בבירור שהפס העליון שנושא הילד הורש מהאם, ואילו הפס התחתון של הילד, שמקורו באב הביולוגי, אכן נמצא בקלסתרון ה-די-אן-אי של הגבר שנטען לאבהות.בצד ימין של תרשים מס' 12 ניתן לראות בדיקת די-אן-אי של אתר שונות נוסף אצל אותה שלישיה, אתר שנקרא D1S80. גם כאן אנחנו מקבלים קלסתרון די-אן-אי, המאפיין את כל אחד מהנבדקים: שני הפסים האופייניים לגבר הנטען לאבהות, שני פסים המאפיינים את הצאצא, ואילו אצל האם רואים רק פס אחד. זה אינו דבר נדיר, זה מקרה של הומוזיגוטיות - האם ירשה את אותו פס הן מאביה והן מאימה, ולפיכך אנו מוצאים בבדיקה המולקולרית של ה-די-אן-אי רק פס אחד. אבל צאו וראו שהפס העליון שנושא הצאצא הוא אותו פס הומוזיגוטי שהורש מהאם, ואילו הפס התחתון, שמקורו באב הביולוגי, אכן נמצא אצל הגבר שנטען לאבהות.

תרשים מס' 12

 תרשים מס' 13

נתבונן במקרה הבא (תרשים מס' 13 בדיקת אבהות מספר 200). מגיעה השלישיה הרגילה האישה, הצאצא והגבר הנטען לאבהות. בשלב ראשון, כפי שראיתם במהלך הצגת הנושא, מבצעים בדיקת תיאום רקמות, וניתן להראות יפה כי ההפלוטיפ שנושא את הסמנים

A2 B35 אכן הורש לצאצא מהאם. ההפלוטיפ השני, האובליגטורי, שמקורו באב הביולוגי, שנושא את הסמנים A3 B13, אכן נמצא אצל הגבר שנטען לאבהות. סיימנו בכך שלב אחד בבדיקה. נעבור לשלב הבא, ונבצע את בדיקת ה-די-אן-אי של אתר השונות מסוג ה-VNTR

ApoB תרשים של מס' 14 מציג לפנינו שוב את השלישיה הנבדקת - הגבר הנטען לאבהות, האם והצאצא. קיבלנו את הקלסתרון הגנטי של ה-די-אן-אי של כל אחד מהנבדקים, ורואים את שני הפסים המאפיינים אותם. רואים היטב שהפס העליון אצל הצאצא (מספר 3) אכן הורש מהאם - הוא זהה לפס התחתון אצל האם (מספר 2); ואילו הפס התחתון אצל הצאצא, שמקורו באב הביולוגי, אכן נמצא אצל הגבר שנטען לאבהות (מספר 1).

תרשים מס' 14

אם נסכם את הנושא שהצגתי בפניכם, אפשר לומר שפריצת הדרך הגדולה שחלה בזיהוי ביולוגי וייחוס גנטי של יילודים, הייתה קשורה באופן אמיץ לחידוש המדעי שבבדיקת תיאום הרקמות. ואמנם, פסק דין של בית המשפט העליון שניתן על-ידי השופט פרופ' מנחם אלון קובע, כי בכל דיון בתביעת אבהות - ואני מצטט - "ראוי שבית המשפט ייעזר בבדיקת סיווג הרקמות, שיש בה כדי להכריע בקביעת אבהות, הן לשלילה והן לחיוב, בדרגת ודאות גבוהה". לאחרונה נוספה לבדיקת תיאום הרקמות בדיקת ה-די-אן-אי, כמו בדיקות אתרי השונות - ה-VNTR - שתיארתי לפניכם, בדיקה המגבירה ומחזקת את מידת הוודאות שבזיהוי הביולוגי והשיוך הגנטי של האדם.

מסקנה:

בדיקות של מספר מערכות גנטיות בלתי תלויות זו בזו, כמו מערכת תיאום הרקמות, סמנים גנטיים של VNTR (אתרי השונות ב-די-אן-אי) ובדיקת סוגי דם (שאותה לא הזכרתי), מאפשרות להגיע לכדי שלילה מוחלטת של שיוך גנטי, או לקביעה חיובית של שיוך גנטי בדרגת הסתברות של 99.99% .