Daan Ruunderkamp, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
Technologische innovaties hebben de forensische wetenschappen door de jaren heen vooruit geholpen. Huidige innovaties vormen de basis voor een nieuw tijdperk in de wereld van forensisch onderzoek. Op dit gebied vullen Nederland en Japan elkaar uitstekend aan: Japan is bij uitstek een ‘maakland’ en produceert forensisch bruikbare technologieën; Nederland heeft één van de meest vooraanstaande forensische instituten in de wereld en waardevolle forensische expertise. De onlangs overeengekomen samenwerking tussen het Nederlands Forensisch Instituut (NFI) en het Japanse onderzoeksinstituut RIKEN illustreert wat Japan en Nederland op dit gebied voor elkaar kunnen betekenen.
Het forensische veld is de afgelopen twintig jaar sterk veranderd. Dankzij moleculaire genetica kunnen forensisch onderzoekers personen identificeren aan de hand van humane biologische sporen. Ze gebruiken daarbij niet alleen DNA-materiaal, maar ook andere humane biologische sporen, zoals ribonucleïnezuur (RNA), Copy Number Variation (CNV) en Single-nucleotide polymorphism (SNP).
Vooruitgang in de forensische wetenschappen zorgt voor een prominentere rol van forensisch bewijsmateriaal in de rechtszaal. Dit sterk toenemende belang vergroot tevens de noodzaak voor de objectiviteit van forensisch onderzoek. De gezaghebbende Amerikaanse National Academy of Science (NAS) heeft in februari 2009 een rapport uitgebracht over de status van forensisch onderzoek. In dit rapport is de NAS zeer kritisch over het gebrek aan gestandaardiseerde methoden en roept zij op tot een wetenschappelijker aanpak van de forensische praktijk.
Bayesiaanse statistiek
Bij de ‘oude’ forensische methode richtte men zich voornamelijk op ‘the smoking gun’, een bewijsspoor dat op zichzelf een hoge bewijswaarde heeft. Om onderzoeksresultaten beter gefundeerd te presenteren is het Nederlands Forensisch Instituut (NFI) onlangs overgestapt op het gebruik van Bayesiaanse statistiek in al zijn rapportages. Deze vorm van statistiek voorkomt tunnelvisie en dwingt de onderzoeker om onderzoeksresultaten te presenteren in termen van waarschijnlijkheid. Hij geeft aan in hoeverre nieuw bewijsmateriaal de waarschijnlijkheid van een hypothese over een gebeurtenis beïnvloedt. Deze nieuwe manier van presenteren lijkt op het eerste gezicht wellicht irrelevant voor technieken die in de forensisch wetenschap in gebruik zijn, maar ze verandert het forensisch onderzoek wezenlijk. Ze maakt technologie die een relatief laag waarschijnlijkheidsniveau van een hypothese aan het licht kan brengen toch bruikbaar. Denk bijvoorbeeld aan technologieën die het mogelijk maken om het geslacht of de geologische herkomst van een persoon zichtbaar te maken op basis van sporen. Met Bayesiaanse statistiek kan de onderzoeker meerdere hypotheses met een verschillend waarschijnlijkheidsniveau combineren, waardoor een nieuw waarschijnlijkheidsniveau van gecombineerde hypothesen ontstaat.
Kleiner en sneller
Een andere trend is de verkleining van technologie waarmee bewijsmateriaal wordt onderzocht. Idealiter wordt er op een plaats delict zo snel mogelijk bewijsmateriaal veilig gesteld en gecontroleerd. Zo kan een forensisch onderzoeker snel zaken uitsluiten en de politie soms snel assisteren bij het zoeken naar een dader. Dit vraagt echter om kleine apparatuur, die je kunt meenemen naar een plaats delict. Lab-on-a-chip technologie, bio-chips en TFT-technologie maken die verkleining mogelijk.
Ook SNP-analyse is zeer veelbelovend voor forensische toepassing. De SNP-technologie stelt onderzoekers in staat snel, goedkoop en relatief eenvoudig genetische persoonskenmerken uit het DNA in kaart te brengen. Het vooraanstaande Japanse onderzoeksinstituut RIKEN loopt voorop op het gebied van SNP-analyse. In het NFI heeft RIKEN een goede partner gevonden, aangezien het NFI waardevolle forensische data genereert. Om de samenwerking te versterken ondertekenden beide instituten in oktober 2009 een overeenkomst om samen nieuwe technologieën te ontwikkelen.
Nieuwe mogelijkheden
RIKEN ontwikkelt deze technologie met het oog op medische toepassingen; variaties in DNA kunnen beïnvloeden in welke mate bepaalde medicatie aanslaat. De genetische persoonskenmerken die SNP-analyse in kaart brengt, zijn forensisch ook zeer goed bruikbaar. Behalve dat het snel, goedkoop en eenvoudig is, kent SNP-analyse nog drie belangrijke voordelen voor forensisch onderzoek, vergeleken met oorspronkelijk DNA-onderzoek (Short Tandem Repeat). Ten eerste is er minder materiaal nodig om tot een genetische afdruk van een persoon te komen. Ten tweede kan een onderzoeker ook gecontamineerd genetisch materiaal onderzoeken. Sporen op een plaats delict verkeren immers vaak niet in optimale conditie en zijn soms afkomstig van meerdere personen. Daardoor is het moeilijk om deze sporen met regulier DNA-onderzoek te identificeren. Het derde voordeel is, dat de SNP-analyzer die door RIKEN in samenwerking met het Japanse bedrijf Toppan is geproduceerd, mobiel genoeg is om mee te nemen naar een plaats delict.
Forensische standaard
RIKEN werkt al samen met het Japanse forensische onderzoeksinstituut, maar ziet NFI ook als belangrijke partner. Het NFI kan veel unieke data genereren en het kan RIKEN inzicht geven in data die gebaseerd zijn op een populatie met een andere genetische achtergrond.
Voordat SNP’s wereldwijd forensisch succesvol kunnen worden toegepast, moet er eerst een standaardisatie van de methode plaatsvinden. Een forensische methode moet breed gedragen worden om als bewijslast door een rechter aanvaard te worden. Daarnaast moeten SNP-databases uit verschillende landen met elkaar vergelijkbaar zijn. Zowel Nederland als Japan voelen deze noodzaak. RIKEN en het NFI proberen gezamenlijk zogenoemde ‘markers’ vast te stellen die bij SNP-analyses uniek blijken. Als zij overeenkomen welke markers in forensisch onderzoek bruikbaar zijn, levert dit een belangrijke bijdrage aan de formulering van een forensische standaard voor SNP.
Veelbelovend onderzoek in Japan
Veel technologieën uit het optische veld of de life sciences bieden vaak interessante mogelijkheden voor forensische spin-offs. In vooraanstaand fundamenteel onderzoek heeft Japan op deze gebieden een naam hoog te houden. Zo hebben oonderzoekers aan het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), een onderzoeksinstituut van het Japanse ministerie van economische zaken, een massaspectrometer ontwikkeld die een belangrijke beperking van massaspectrometrie opheft. Massaspectrometrie is een veelgebruikte technologie in forensisch onderzoek, omdat het een onderzoeker in staat stelt om op de plaats delict aangetroffen kleine deeltjes te identificeren en te wegen. Conventionele massaspectrometrie is feitelijk een indirecte meting, die een ‘mass to charge’-ratio meet. Het nadeel hiervan is dat een aantal verschillende stoffen dezelfde ‘mass to charge’-ratio hebben en daardoor niet van elkaar te onderscheiden zijn. Dr. Masataka Ohkubo van het Research Institute of Instrumentation Frontier bij AIST heeft een methode ontwikkeld waarbij hij naast de ‘mass to charge’-ratio tegelijkertijd een meting doet van de kinetische energie. Hiermee worden verschillen tussen moleculen zichtbaar, die voorheen onzichtbaar waren. Daarmee ondervangt dr. Masataka Ohkubo het oorspronkelijke probleem. Hij acht de technologie uitermate geschikt voor forensisch onderzoek: “Onze methode leent zich uitstekend voor identificatie van stoffen waarvan je slechts heel kleine hoeveelheden hebt. Je kunt meer uitspraken doen over de onderzochte stof. Bovendien stelt de methode ons in staat nauwkeuriger onderscheid te maken tussen moleculen. Omdat het met de toevoeging van een meting van kinetische energie niet meer uitsluitend een indirecte meting is, noemen wij het de eerste ‘echte’ massaspectrometrie.”
Een ander voorbeeld van Japans onderzoek is een praktische applicatie van Terahertz-licht, dat het Tera-photonics Team bij RIKEN ontwikkelt. Terahertz is nu nog moeilijk zichtbaar te maken, maar sommigen zien het als ‘dream light source’. Terahertz gaat bijvoorbeeld door papier heen, maar absorbeert stoffen zoals MDMA en Methamfetamine, zodat je de aanwezigheid van deze stoffen zichtbaar kunt maken. Het wordt dus mogelijk om MDMA en Methamfetamine zichtbaar te maken in een envelop, zonder deze open te hoeven maken. Terahertz-photonics staat nog in de kinderschoenen. Onderzoekers verwachten dat er de komende jaren veel meer mogelijkheden ontstaan, wanneer er meer Terahertz- frequenties zichtbaar kunnen worden gemaakt.
Goudmijn voor R&D
Eén van de meest vooraanstaande wetenschappers in Japan op het gebied van chemische technologie is professor Takehiko Kitamori. Zijn team aan de universiteit van Tokio ontwikkelt op basis van lab-on-a-chip technologie een mobiele toepassing voor medisch-diagnostische apparatuur. Forensisch kan deze ontwikkeling relevant zijn, omdat vergelijkbare medische diagnostische technologie nu al vaak in gebruik zijn in de forensische wereld. De technologie richt zich niet uitsluitend op DNA of SNP’s, maar biedt een mobiel platform voor allerhande chemische analyses. Dit kan perfect aansluiten bij de wens om analytische apparatuur in de forensische wetenschap mobieler te maken. Kitamori vind de forensische wereld om een andere reden interessant: “Bij het ontwikkelen van medische toepassingen lopen we vaak tegen restrictieve wetgeving aan, het is lastig om nieuwe technologie te testen met real-life data. In de forensische wereld bestaan dergelijke restricties niet, terwijl het vaak om vergelijkbaar onderzoeksmateriaal gaat. De forensische wetenschap is daarmee een uitstekende testomgeving voor nieuwe technologieën.”
Conclusie
Japanse R&D staat mondiaal zeer hoog aangeschreven en het Japanse bedrijfsleven financiert 75% van het gehele Japanse R&D budget. Hiermee zijn Japanse bedrijven een uitstekende partner voor concrete innovatiebehoeften. Ze ontwikkelen zeer veel technologieën en zoeken daarvoor naar testomgevingen en afzetmarkten. Voor forensische toepassingen zijn vooral bedrijven interessant die analytische instrumenten ontwikkelen voor de medische en wetenschappelijke markt. Volgens de Japan Analytical Instruments Manufacturers Association zijn de belangrijkste spelers op dat gebied: Hitachi, Horiba, JASCO, JEOL, Olympus, Rigaku en Shimadzu. Veel producten die deze bedrijven ontwikkelen zijn met een relatief kleine aanpassing forensisch inzetbaar.
Bronnen:
– “Strengthening Forensic Science in the United States: A Path Forward”, National Academy of Science (NAS), 2009
– SNP-based forensic science research begins through first international cooperation: http://www.src.riken.jp/english/news/091023/index.html
– Current Status of Non-equilibrium Superconducting Detectors for Photons and Molecules: http://adsabs.harvard.edu/abs/2009AIPC.1185..381O
– Kinetic-energy-sensitive mass spectrometry for separation of different ions with the same m/z value: http://www3.interscience.wiley.com/journal/121372329/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0
– Developing a dream light source for terahertz-wave applications: http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/frontline/6131
– Institute of Microchemical Technology Co., Ltd. (Kitamori-lab): http://www.i-mt.co.jp/e02tech/index.html
