Mise en évidence in situ et modélisation in vitro de traces biologiques pour optimiser leur prélèvement et les qualifier à des fins d’identification génétique en criminalistique

In situ detection and in vitro modeling of biological traces to optimize their collection and qualification for forensic DNA identification

• Auteur / Autrice : Mathilde Recipon
• Direction : Olivier Gallet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé - Cergy
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Président / Présidente : Karine Anselme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Gallet, Frank Crispino, Vincent Castella, Émilie Simon, Johanne Leroy-Dudal, Sabrina Kellouche, Sylvain Hubac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frank Crispino, Vincent Castella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Criminalistique

Mots clés libres

Biochimie

Biologie cellulaire

Génétique moléculaire

Biochemistry

Cellular biology

Molecular genetics

Résumé

Les traces biologiques, d’où est issu l’ADN, revêtent une importance capitale dans la résolution des affaires criminelles. Cependant, certaines traces biologiques vont poser problème aux investigateurs car elles ont la particularité d’être invisibles à l’œil nu et non décelables par les outils de détection habituels. Il s’agit des traces de contact. Celles-ci résultent du transfert de cellules déposées par un individu sur un objet lors d’un contact physique. Les investigateurs vont les prélever à l’aveugle. Le risque est de cibler une zone non pertinente et, par conséquent, d’obtenir un profil génétique non informatif. À titre d’exemple, à l’Institut de Recherche Criminelle de la Gendarmerie Nationale (IRCGN), 80 % des prélèvements de traces biologiques, provenant de scènes de crimes, sont des traces de contact mais seul 30 % de ces prélèvements permet in fine d’obtenir un profil génétique exploitable. Il s’agit donc d’un véritable défi pour le monde forensique que de détecter, de caractériser et d’optimiser le prélèvement des traces de contact en mettant en œuvre des outils adéquats pour leur exploitation. Une première partie a consisté à développer des modèles in vitro de traces biologiques. Des supports ont été sélectionnés pour être représentatifs d’objets retrouvés sur une scène de crime. Après avoir procédé à la caractérisation physico-chimique des supports, des cellules caractéristiques, les kératinocytes, ou des traces digitales ont été apposées sur les différents supports. Nous avons pu démontrer que les cellules présentaient des morphologies différentes en fonction des caractéristiques physico-chimiques des supports. Nous avons aussi montré que des cellules épithéliales (les kératinocytes) présentent des structures cellulaires qui persistent dans le temps même si le support a été placé pendant deux mois à l’extérieur et a été exposé aux aléas climatiques. La deuxième partie s’est concentrée sur l’élaboration d’une stratégie de détection des traces par des cibles moléculaires et cellulaires grâce aux modèles in vitro. Nous avons pu prouver que certaines cibles cellulaires, glucidiques et l’ADN, pouvaient être détectées sur les modèles in vitro. De plus, nous avons également été capables de détecter ces cibles au bout de deux mois dans des conditions les plus défavorables pour leur préservation (à l’extérieur). Enfin, la compatibilité de l’utilisation de ces marqueurs cellulaires et moléculaires avec l’analyse génétique a été démontrée. La troisième partie a permis d’optimiser le recouvrement du matériel biologique par écouvillonnage à l’aide d’un dispositif adapté : le microFLOQ® (développé par l’IRCGN et la société Copan (Brescia, Italie)). Afin de pouvoir collecter le maximum de matériel génétique et notamment ce qui est piégé dans les fibres de l’écouvillon, une étape d’élution après le prélèvement est proposée. Nous avons pu ainsi démontrer qu’à l’aide de milieux tamponnés et sans interférer avec l’analyse génétique, le matériel biologique peut être élué et des profils génétiques exploitables peuvent être obtenus. Cette méthodologie nous permet de faire des réplicas des analyses et ainsi ne pas perdre d’information en particulier dans le cadre de prélèvement des traces de contact. En conclusion, le travail réalisé a permis de développer des modèles in vitro de traces de contact les plus conformes à la réalité de terrain. Ces modèles ont permis de mettre en place une stratégie de détection des traces biologiques au laboratoire in vitro et in situ, ainsi qu’une optimisation du recouvrement du matériel biologique compatible avec l’analyse génétique. Dans la perspective du travail réalisé, les preuves de concept d’une stratégie et d’une méthodologie de détection sont apportées pour un développement opérationnel sur une scène de crime. En parallèle, une procédure standardisée de prélèvement de traces de contact à l’aide des modèles in vitro pour pouvoir récupérer l’essentiel de l’information biologique est proposée.

Biological traces, from which DNA is derived, have an essential role in resolving criminal cases. However, some biological traces will pose problems for investigators because they are invisible to the naked eye and cannot be detected by the usual detection tools. They are nevertheless crucial: they are the touch traces. These result from the transfer of cells deposited by an individual on an object or another person during physical contact. To collect them, investigators will mark out areas of interest on an object that may have been in contact with the suspect. The risk is that an irrelevant area is targeted and, as a result, the material required to obtain an informative DNA profile is not recovered.For example, at the Institut de Recherche Criminelle de la Gendarmerie Nationale (IRCGN), 80% of biological samples taken from crime scenes are touch traces, but only 30% of these samples can ultimately be used to obtain a usable DNA profile.It is therefore a real challenge for the forensic world to detect, characterize and optimize the collection of touch traces by implementing adequate tools for their exploitation. The first part consisted in developing in vitro models of biological traces. Materials were selected to be representative of objects on which biological traces are found at a crime scene. After having proceeded with the physico-chemical characterization of the materials, cells specific to those found in touch DNA, keratinocytes, or fingerprints, were affixed to the different materials. Using imaging techniques, we were able to demonstrate that the cells had different morphologies depending on the physico-chemical characteristics of the materials. We also showed that epithelial cells (keratinocytes) present cellular structures that persist over time even if the material has been placed outside for two months and has been exposed to climatic variations. The second part focused on the development of a strategy for trace detection by molecular and cellular targets using a combination of antibodies, DNA markers and/or lectins and through in vitro models. We were able to prove that some cellular targets, carbohydrates targets and DNA, could be detected in in vitro models. Moreover, we were also able to detect these targets after two months under the most unfavourable conditions for their preservation (outdoors). Finally, the compatibility of the use of these cellular and molecular markers with genetic analysis was demonstrated. The third part allowed the optimization of the recovery of biological material by swabbing using an adapted device: the microFLOQ®. This is a direct DNA analysis swab developed by the IRCGN and the company Copan TM (Brescia, Italy).In order to collect the maximum amount of genetic material, and in particular that which is trapped in the fibres of the swab, an elution step is proposed after sampling. We were able to demonstrate that with the help of buffered solutions and without interfering with the genetic analysis, the biological material can be eluted, and exploitable genetic profiles can be obtained. This methodology allows us to make replicates of the analyses and thus to not lose information, particularly in the context of touch trace sampling.In conclusion, the work carried out has enabled us to develop in vitro models of touch traces that are as close as possible to the reality in the field. These models made it possible to set up a strategy for detecting biological traces in the laboratory in vitro and in situ, as well as to optimize the recovery of biological material compatible with genetic analysis.In the perspective of the work carried out, the proof of concept of a detection strategy and methodology is provided for an operational development on a crime scene. In parallel, a standardized procedure for the collection of touch traces using in vitro models to recover the essential biological information is proposed.