Seringkali dalam kes jenayah terutamanya, sampel DNA sering disebut-sebut untuk dijadikan sebagai bahan bukti yang mutlak yang tidak boleh disangkal lagi kebenarannya. Sampel DNA tersebut biasanya dianalisis berdasarkan sampel tubuh seperti rambut, sel kulit, darah, air mani dan sebagainya melalui ekstrak DNA dari nukleus dalam sel.

Sebenarnya, terdapat sejenis lagi DNA yang boleh membantu kes siasatan atau analisis genetik iaitu mitokondria DNA (mtDNA) yang dijumpai dalam mitokondria dalam sel.

Rajah mitokondria DNA (mtDNA) yang terletak dalam organel mitokondria dalam sel. Sumber: genom.gov

Mitokondria merupakan organel yang terdapat dalam sel berperanan sebagai penjana tenaga ATP untuk kegunaan sel melalui proses fosforilasi oksidatif.

Selain daripada penjanaan tenaga, mitokondria turut bertanggungjawab untuk proses pembezaan selular, pensignalan sel, kematian sel dan mengawal kitar sel.

Mitokondria  terdiri daripada membran luaran dan dalaman yang diperbuat daripada dwi lapisan fosfolipid dan protein.

Terdapat lima bahagian utama dalam struktur mitokondria iaitu membran luaran, membran dalaman, ruang antara membran, ruang cristae dan matriks. Organel ini berdiameter dari 0.5 ke 1.0 mikrometer.

Keunikan mtDNA

Keunikan sifat mitokondria terletak pada kandungan genetiknya yang tersendiri.

DNA yang terkandung dalam mitokondria adalah berbeza dengan DNA yang terkandung dalam nukleus. DNA ini lebih dikenali sebagai mitokondria DNA (mtDNA).

Pada tahun 1981, jujukan mtDNA yang lengkap telah dihasilkan. Jujukan rujukan yang dikenali sebagai revised Cambridge Reference Sequence (rCRS) pula diperkenal pada tahun 1999.

mtDNA dalam sel manusia adalah berbentuk gegelung dengan saiz 16.5 kilobes.

Terdapat dua rantaian kembar heliks pada gegelung mtDNA iaitu rantaian berat, heavy (H) dan rantaian ringan, light (L). Rantaian L terletak dalam bulatan rantaian H.

Sebanyak 37 gen dikodkan oleh mtDNA. mtDNA mengekodkan 13 polipeptida penting untuk rantai respiratori mitkondria, 2 ribosomal RNA, 22 transfer RNA dan displacement loop (d-loop).

D-loop merupakan satu kawasan yang tidak mempunyai kod genetik (non-coding region) yang diperlukan untuk replikasi molekul mtDNA dan juga terlibat dalam regulasi transkripsi.

Ciri-ciri mtDNA

Pewarisan tunggal (Uniparental)

mtDNA merupakan DNA yang diwarisi hanya daripada ibu, makanya pewarisannya bersifat bukan Mendel (mewarisi daripada dua induk).

Oleh itu, mtDNA menunjukkan transmisi ibu yang bersifat haploid.

Semasa proses persenyawaan benih, mtDNA dari ayah yang terletak pada ekor sel sperma telah terdegradasi semasa proses tindak balas cortical.

Justeru hanya mtDNA ibu yang terdapat pada ovum yang tinggal untuk diwarisi.

Selain itu, para saintis menyatakan bahawa ovum lebih menyumbangkan mitokondria 1000 kali lebih banyak kepada zigot berbanding dengan sperma.

Kod genetik yang sedikit berbeza

Kod genetik merupakan suatu set maklumat yang terkandung dalam DNA atau RNA yang khas digunakan untuk mengekod protein berdasarkan jujukan asid amino yang terhasil.

Kod genetik pada mtDNA manusia adalah sedikit berbeza daripada kod universal.

Sebagai contoh, kod universal untuk kodon berhenti adalah UAA, UAG dan UGA.

Dalam mtDNA, UGA tidak termasuk dalam kodon berhenti.

UGA dalam mtDNA akan mengekod asid amino triptofan.

Selain itu, terdapat tambahan kodon berhenti yang lain iaitu AGA dan AGG. Kod universal AUA bermaksud pengkodan asid amino isolusin tetapi mtDNA mengekodnya sebagai metionin.

Kadar pertukaran bes yang tinggi

Mitokondria kurang mengandungi protein histon dan mempunyai kepekatan spesis oksidatif radikal yang tinggi.

Hal ini telah menyebabkan kadar pertukaran bes yang tinggi dalam mtDNA.

Kadar ini adalah 5 hingga 10 kali lebih tinggi berbanding pada nuklear DNA. Kesannya, mtDNA akan cenderung untuk mengalami mutasi somatic dan diakumulasi bersama penuaan. Hal ini dapat dikaitkan dengan peranan mitokondria dalam proses penuaan manusia.

Selain itu, mitokondria akan cenderung untuk mengalami mutasi germinal secara ansuran.

Mutasi ini boleh berlaku semasa transmisi mtDNA untuk sepanjang generasi. Hal ini seterusnya boleh memberi faktor perbezaan dan variasi dalam kalangan individu sesebuah populasi.

Polimorfisme yang tinggi

Setiap sel mengandungi lebih daripada 1000 salinan mtDNA dengan kandungan 2 hingga 10 salinan mtDNA pada setiap organel.

Terdapat jumlah variasi yang tinggi berlaku dalam mtDNA.

Pola variasi adalah spesifik bagi kumpulan Haplo mtDNA. Ciri khusus bagi suatu kaum dapat diterangkan melalui kumpulan Haplo mtDNA. Namun, beberapa variasi boleh berlaku dalam jujukan mtDNA  individu kumpulan etnik yang sama.

Polimorfisme juga terlibat dalam proses ekspresi sesetengah mutasi mtDNA, kecenderungan terhadap beberapa penyakit, dan proses penuaan.

Heteroplasmy

Heteroplasmy berlaku apabila terdapat kehadiran lebih daripada satu jenis mtDNA dalam sel atau individu.

Hal ini boleh dilihat apabila terdapat lebih daripada satu jenis mtDNA dalam satu tisu, pelbagai jenis mtDNA pada tisu berlainan dan homoplasmic pada satu tisu dan heteroplasmic pada tisu yang lain.

Salinan mtDNA yang banyak menyumbang kepada faktor berlakunya heteroplasmy seterusnya kadar mutasi yang lebih tinggi.

Keunikan heteroplasmy yang akan diwarisi dapat meningkatkan kebarangkalian untuk memadankan dua entiti.

Pada tahun 1991, sembilan set tinggalan rangka ditemui di kawasan makan berdekatan Yekateriburg, Russia dan dipercayai bahawa mereka merupakan Tsar Nicholas II, Tsarina Alexandra dan tiga anak perempuan mereka.

Ujian nuklear DNA mendapati bahawa mereka adalah dari keluarga yang sama.

Jujukan mtDNA Tsarina berpadanan dengan saudara seibu, Prince Philip manakala jujukan mtDNA Tsar berpadanan dengan dua saudara seibu yang masih hidup kecuali pada satu kedudukan iaitu kedudukan T diganti dengan C.

Fenomena ini diterangkan sebagai hetereoplasmy.

Pihak DiRaja Russia masih ragu-ragu dengan keputusan yang dikeluarkan.

Analisis seterusnya dibuat terhadap tinggalan rangka abang kepada Tsar, Georgij Romanov untuk lebih memahami fenomena heteroplasmy.

Hasil menunjukkan bahawa jujukan mtDNA Georgij turut mengalami heteroplasmy seperti Tsar.

Justeru, rangka yang didakwa sebagai Tsar disahkan sebagai Tsar dan dimakamkan bersama-sama kaum kerabat diraja yang lain yang sudah mangkat.

Kepentingan mtDNA dalam Analisis Forensik

Sampel yang telah terdegradasi

Sampel yang terlalu lama atau sudah tergradasi disebabkan faktor sekeliling adalah sangat bernilai sekiranya hanya itu sampel yang berjaya dijumpai.

Analisis mtDNA sangat berguna dalam analisis sampel yang telah mengalami proses degradasi.

Pemulihan dan analisis DNA daripada tisu rangka manusia, gigi, dan tulang telah menjadi kaedah penyelidikan yang utama dalam bidang kajian DNA purba dan sains perubatan.

Nilai purba yang sangat unik bagi rangka tulang dijumpai oleh ahli antropologi dan arkaeologi bagi tujuan pameran dan pembelajaran menjadikan sampel terdegradasi sangat penting untuk dianalisis.

Keseluruhan gigi atau bahagian akar gigi biasa digunakan untuk analisis DNA kerana enamel dan sementum pada gigi memberi perlindungan kepada integriti DNA.

Sampel yang terhad

Kebiasaannya, sampel yang ditemui di tempat kejadian berada dalam keadaan yang hampir tergradasi atau sedikit. Bahan bukti biologi yang dijumpai juga adalah pelbagai.

Kehadiran nuklear DNA adalah terhad terhadap jenis bahan bukti yang dijumpai.

Contohnya, rambut yang tidak mempunyai akar atau tulang yang sudah lama tidak mengandungi nuklear DNA.

Oleh sebab kehadiran mtDNA yang ternyata terkandung dalam sampel biologi, analisis mtDNA adalah sangat penting bagi membantu kes-kes penyiasatan.

Rujukan

• https://www.genome.gov/genetics-glossary/Mitochondrial-DNA
• Gray, M. W.   2012.   Mitochondrial Evolution.  Cold Spring Harbor Perspectives in Biology  4(9):
• Picard M, W. K., Turnbull Dm.   2012.   Mitochondrial Morphology, Topology and Membrane Interactions in Skeletal Muscle: A Quantitative Three-Dimensional Electron Microscopy Study.  journal of applied phisiology
• Witzig, S., Freyermuth, S., Siegel, M., Izci, K. & Pires, J. C.   2012.   Is DNA Alive? A Study of Conceptual Change through Targeted Instruction.  Research in Science Education  1-15.