Identification par empreintes génétiques : développement et évaluation de nouvelles méthodologies pour l'analyse de traces d'ADN en faible quantité et/ou dégradé

DNA fingerprinting : development and evaluation of new methodologies for trace analysis of low quantity and/or degraded DNA

• Auteur / Autrice : Amel Larnane
• Direction : Jean-François Deleuze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 02/12/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre national de recherche en génomique humaine (Évry ; 2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Christine Keyser
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Tougard, François Daoust, Franco Taroni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Keyser, Christelle Tougard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séquençage à haut débit

Empreintes génétiques

ADN

Mots clés libres

Criminalistique

Empreintes génétiques

Adn

Dégradation

Faible quantité

Ngs

Forensic

Genetic fingerprints

Dna

Degradation

Low quantity

Ngs

Résumé

L'identification par empreintes génétiques est devenue une méthode incontournable dans les enquêtes judiciaires au cours des trois dernières décennies. Cependant, l'analyse des traces biologiques issues des scènes d'infraction reste un défi majeur, en particulier lorsque l'ADN est dégradé et/ou présent en faible quantité. Actuellement, seulement environ 33 % des traces prélevées à des fins d'analyse génétique sont exploitables avec les techniques classiques, correspondant principalement aux cas les plus simples. Les traces plus complexes, qu'elles présentent une quantité insuffisante d'ADN ou un ADN altéré, voire constituées de mélanges, posent encore des difficultés, limitant ainsi l'identification de suspects ou de victimes. Surmonter ces obstacles représente un enjeu important pour les communautés criminalistique et judiciaire, ainsi que pour la société. Cette thèse vise à repousser ces limites en développant de nouvelles méthodologies pour analyser les traces d'ADN dégradé et/ou en faible quantité. Dans une première partie, nous avons cherché à comprendre la composition de ces traces complexes à partir de cas réels. Pour cela, nous avons utilisé une technologie d'électrophorèse ultra-sensible à champ pulsé pour visualiser l'ADN, couplée à la quantification de l'ADN humain via les séquences Alu et au séquençage du gène de l'ARN ribosomique 16S pour identifier la présence de micro-organismes. Cette combinaison a révélé que l'ADN humain était présent dans plus de 84 % des cas, bien que souvent en quantité insuffisante et avec différents niveaux de dégradation, tandis que l'ADN bactérien prédominait. Dans une deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la faible quantité d'ADN en examinant des traces issues de cas réels. Nous avons choisi d'adapter un protocole d'amplification d'ADN en le couplant à une technologie innovante de miniaturisation robotisée. Cette stratégie a permis notamment de rendre exploitables des traces qui, avec les méthodes classiques, ne l'étaient pas. Dans une dernière partie, nous avons abordé la question de la dégradation avec l'analyse des Single Nucleotide Polymorphisms (SNP), par l'utilisation du séquençage nouvelle génération (NGS) ciblé. Les résultats obtenus indiquent la possibilité d'établir des profils génétiques hybrides, composés de short tandem repeats (STR) et de SNP, à partir d'ADN très dégradé. Ces nouvelles méthodologies apportent un regard nouveau sur l'exploitation des traces d'ADN dans les enquêtes criminelles et soulignent l'importance de redéfinir les cadres réglementaires autour des informations génétiques multiples disponibles issues des traces biologiques, un enjeu qui devrait être au cœur des futures discussions de cette décennie. Ces résultats pourraient transformer l'approche de l'identification génétique avec un impact direct sur les procédures judiciaires.

Genetic fingerprinting has become a cornerstone method in criminal investigations over the past three decades. However, the analysis of biological traces from crime scenes remains a major challenge, particularly when DNA is degraded and/or present in low quantities. Currently, only about 33% of traces collected for genetic analysis are usable with conventional techniques, mainly in the simplest cases. More complex traces, whether they contain insufficient amounts of DNA, degraded DNA, or are composed of mixtures, still pose difficulties, thereby limiting the identification of suspects or victims. Overcoming these obstacles is a significant challenge for forensic and judicial communities, as well as for society as a whole. This thesis aims to push these boundaries by developing new methodologies to analyze degraded and/or low-quantity DNA samples. In the first part, we sought to understand the composition of these complex traces using casework. To achieve this, we employed ultra-sensitive pulsed-field electrophoresis technology to visualize the DNA, coupled with the quantification of human DNA via Alu sequences and sequencing of the 16S ribosomal RNA gene to identify the presence of microorganisms. This approach revealed that human DNA was present in over 84% of cases, although often in insufficient quantities and with varying levels of degradation, while bacterial DNA predominated. In the second part, we focused on the issue of low DNA quantities by examining traces from casework. We chose to adapt a DNA amplification protocol, integrating it with an innovative robotic miniaturization technology. This strategy allowed us to make previously unusable traces analyzable with conventional methods. Finally, in the third part, we addressed the issue of degradation by analyzing Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) using targeted Next Generation Sequencing (NGS). The results indicate the possibility of establishing hybrid genetic profiles composed of short tandem repeats (STR) and SNPs from highly degraded DNA samples. These new methodologies offer a fresh perspective on the use of DNA traces in criminal investigations and emphasize the importance of redefining regulatory frameworks surrounding the multiple genetic data available from biological traces, an issue that should be central to discussions in the coming decade. These findings could transform the approach to genetic identification, with a direct impact on judicial procedures.