Tes DNA Paternitas: Prinsip Ilmiah dan Metodologi Laboratorium
Oleh: Tiara
Di Indonesia, layanan tes DNA paternitas sudah tidak asing lagi. Kasus-kasus besar tokoh publik yang memicu perhatian khalayak luas, menjadi faktor yang meningkatkan keingintahuan masyarakat umum tentang tes DNA, terlebih mengenai proses dan interpretasi hasil.
Perkembangan teknologi analisis DNA membuat pemeriksaan ini tidak hanya lebih akurat, tetapi juga lebih mudah diakses oleh berbagai kalangan. Selain tingkat akurasi hasil, masyarakat juga semakin tertarik untuk mengetahui bagaimana proses pemeriksaan dilakukan di laboratorium, termasuk teknologi yang digunakan, jenis sampel yang dapat diperiksa, serta tahapan analisis yang menghasilkan kesimpulan hubungan biologis.
Baca Juga : Kenapa Melakukan Tes DNA? Temukan Alasan yang Sering Terjadi di Indonesia
Bagaimana Proses Tes DNA Paternitas Dilakukan?
Dalam tes DNA paternitas, fokus utama pemeriksaan adalah menganalisis DNA pada kromosom autosomal, yaitu kromosom yang diwariskan secara seimbang dari kedua orang tua. Pada kromosom tersebut terdapat posisi tertentu yang disebut lokus, yaitu lokasi spesifik tempat suatu penanda/marka genetik berada. Di setiap lokus terdapat variasi genetik yang dikenal sebagai alel, yang dapat berbeda antar individu. Kombinasi alel pada berbagai lokus inilah yang membentuk profil DNA unik pada setiap individu.
Dalam proses pewarisan genetik, seorang anak akan memiliki dua alel (1 pasang) pada setiap lokus, yaitu satu alel yang diwariskan dari ibu dan satu alel yang diwariskan dari ayah biologis. Prinsip pewarisan inilah yang menjadi dasar ilmiah dalam analisis hubungan biologis melalui tes DNA paternitas.
Idealnya, tes DNA paternitas melibatkan pemeriksaan anak, ibu biologis, dan terduga ayah. Menurut pedoman yang dikeluarkan oleh Scientific Working Group on DNA Analysis Methods (SWGDAM), penggunaan sampel dari ibu dalam pengujian paternitas sangat dianjurkan karena kehadiran sampel DNA ibu membantu identifikasi secara jelas alel mana yang diwariskan dari ibu, sehingga alel pasangan lainnya pada profil DNA anak dapat diasumsikan berasal dari ayah biologis. Keikutsertaan ibu biologis dalam tes paternitas dapat meningkatkan kekuatan statistik hasil analisis.
Namun demikian, pemeriksaan paternitas juga dapat dilakukan hanya menggunakan sampel DNA anak dan terduga ayah, tanpa melibatkan ibu. Tetapi gold standard tes paternitas adalah melibatkan terduga ayah, ibu biologis dan anak.
STR sebagai Dasar Ilmiah Tes Paternitas
Dasar ilmiah yang digunakan dalam penentuan analisis paternitas adalah menggunakan penanda/marka Short Tandem Repeat (STR). STR merupakan bagian DNA yang tersusun atas pengulangan urutan nukleotida pendek yang terjadi secara berurutan pada lokasi tertentu di dalam genom manusia.
STR umumnya berada pada daerah DNA non-coding, yaitu bagian DNA yang tidak secara langsung mengkode protein tetapi memiliki tingkat variasi yang tinggi antar individu. Variasi jumlah pengulangan pada lokus STR inilah yang menghasilkan pola genetik yang berbeda pada setiap individu, sehingga menghasilkan variasi genetik yang tinggi dalam populasi manusia. STR tersusun dari unit basa DNA pendek yang berulang secara berurutan pada satu lokus tertentu di kromosom. Sebagai contoh, suatu lokus dapat memiliki motif pengulangan berupa urutan basa AGAT. Pada individu yang berbeda, jumlah pengulangan motif tersebut dapat bervariasi. Misalnya:
- Individu A : AGAT – AGAT – AGAT – AGAT (4 kali pengulangan)
- Individu B : AGAT – AGAT – AGAT – AGAT – AGAT – AGAT (6 kali pengulangan)
Dalam analisis profil DNA STR, pembacaan alel menunjukkan angka yang merepresentasikan jumlah unit pengulangan STR masing-masing alel. Karena setiap individu memiliki dua kromosom autosom pada setiap lokus, maka akan terdapat dua alel yang diamati. Pola kombinasi alel inilah yang membentuk profil genetik unik bagi setiap individu.
CODIS sebagai Standar Marka DNA
Sistem standar penentuan marka DNA yang diperiksa diperlukan sebagai bentuk konsistensi serta kompatibilitas metode yang digunakan antar laboratorium forensik. Salah satu sistem yang paling banyak digunakan di dunia adalah Combined DNA Index System (CODIS).
CODIS adalah sistem database DNA nasional yang dikembangkan oleh Federal Bureau of Investigation (FBI) di Amerika Serikat yang digunakan sebagai standar internasional untuk identifikasi forensik manusia pada marka tertentu.
Pada awalnya CODIS menggunakan 13 marka, kemudian diperbanyak menjadi 20 marka STR standar untuk meningkatkan kekuatan diskriminasi identifikasi genetik. Lokus yang termasuk dalam panel CODIS antara lain; D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D5S818, D7S820, D8S1179, D10S1248, D12S391, D13S317, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, D22S1045, CSF1PO, FGA, TH01, TPOX, dan VWA.
Genos Laboratory telah menggunakan 23-26 marka STR untuk pemeriksaan paternitas dan Profil Individu, yang di antaranya menggunakan 20 marka CODIS yang disarankan oleh FBI. Semakin banyak marka STR yang diperiksa, maka semakin tinggi tingkat kepercayaan pemeriksaan
Sampel yang Digunakan dalam Tes DNA Paternitas
Dalam praktiknya, keberhasilan analisis DNA paternitas sangat bergantung pada ketersediaan materi genetik yang memadai untuk dianalisis di laboratorium. Materi genetik tersebut diperoleh dari berbagai jenis sampel biologis yang mengandung sel manusia. Karena informasi genetik dalam DNA pada dasarnya sama di hampir seluruh sel tubuh, DNA dapat diperoleh dari berbagai jaringan tubuh tanpa memengaruhi akurasi identifikasi secara genetik.
Oleh karena itu, pemilihan jenis sampel biologis menjadi tahap awal yang krusial dalam proses pemeriksaan tes DNA paternitas, karena sampel tersebut akan menjadi sumber materi genetik yang dianalisis melalui metode biologi molekuler untuk menghasilkan profil DNA individu yang diperiksa.
Di Genos Laboratory, sampel yang dapat digunakan untuk pemeriksaan tes DNA paternitas dapat diperoleh dengan 2 cara, yakni:
- Usapan selaput lendir pipi (buccal swab), Sampel ini diperoleh dengan cara mengusap bagian dalam pipi menggunakan cotton swab steril khusus untuk pengambilan sampel DNA. Metode ini bersifat non-invasive, sehingga tidak menimbulkan rasa sakit dan relatif mudah dilakukan. Selain itu, prosedur pengambilan sampel ini merupakan salah satu metode pengambilan sampel yang paling umum digunakan dalam pemeriksaan tes DNA paternitas, serta sangat direkomendasikan untuk pengambilan sampel pada anak-anak maupun bayi.
- Darah, saat ini Genos Laboratory lebih merekomendasikan pengambilan dari ujung jari (peripheral fingerprick), yaitu dengan melakukan tusukan kecil pada ujung jari. Metode ini bersifat invasive. Umumnya diperlukan sekitar 4–8 tetes darah yang kemudian diteteskan pada kertas khusus untuk penyimpanan sampel DNA. Selain metode fingerprick, sampel darah juga dapat diperoleh melalui pengambilan darah vena
Pemisahan dan Amplifikasi DNA
Setelah sampel biologis diperoleh, tahap pertama dalam analisis DNA paternitas adalah pemisahan atau isolasi DNA dari sel-sel yang terdapat dalam sampel tersebut. Sel yang terdapat dalam darah dan usapan selaput lendir pipi, terlebih dahulu dipecah melalui proses lisis sel untuk melepaskan materi genetiknya. Selanjutnya DNA dipisahkan dari komponen sel lainnya melalui serangkaian proses kimia dan pemurnian. Hasil dari tahap ini adalah DNA murni dari masing-masing individu yang diperiksa.
Untuk analisis DNA, jumlah DNA yang dibutuhkan harus memadai, sehingga perlu diperbanyak dengan menggunakan metode Polymerase Chain Reaction (PCR). Prinsip dasar Polymerase Chain Reaction (PCR) adalah memperbanyak segmen DNA tertentu secara spesifik melalui reaksi enzimatik. Pada pemeriksaan paternitas, PCR secara khusus digunakan untuk memperbanyak bagian (daerah) DNA yang mengandung marka Short Tandem Repeat (STR).
Dalam PCR, dua untai DNA yang berpasangan terlebih dahulu dipisahkan dengan pemanasan, kemudian potongan DNA pendek yang disebut primer akan menempel pada daerah target DNA. Selanjutnya, enzim DNA polymerase akan menambahkan nukleotida untuk membentuk untai DNA baru yang merupakan salinan dari segmen target tersebut.
Mekanisme reaksi PCR berlangsung melalui beberapa tahap yang berulang dalam suatu siklus suhu tertentu, yaitu:
- Denaturasi; proses pemisahan dua untai DNA yang berpasangan menjadi untai tunggal.
- Annealing; proses penempelan primer pada daerah target DNA yang akan diperbanyak.
- Extension; proses perpanjangan primer dengan menambah untai nukleotida baru dengan bantuan enzim DNA polymerase untuk membentuk untai DNA baru yang merupakan salinan dari bagian DNA yang ditargetkan.
Siklus ini biasanya diulang sebanyak 25–30 kali, sehingga menghasilkan jutaan hingga miliaran salinan.
Analisis Marka STR
Setelah proses amplifikasi, DNA hasil PCR tersebut masih berupa campuran fragmen DNA dengan panjang yang berbeda-beda. Oleh karena itu, tahap selanjutnya adalah memisahkan fragmen-fragmen DNA tersebut berdasarkan ukurannya agar pola alel pada setiap lokus dapat diidentifikasi secara akurat. Pemisahan ini dilakukan menggunakan teknik Capillary Electrophoresis, yaitu metode analisis untuk memisahkan fragmen DNA melalui kapiler sehingga fragmen dengan panjang berbeda dapat terdeteksi dan ditampilkan sebagai profil DNA.
Deteksi dilakukan melalui sinyal fluoresensi yang berasal dari “dye color” pada primer PCR yang terikat pada fragmen DNA hasil amplifikasi. Ketika fragmen DNA melewati detektor, sinyal fluoresensi tersebut direkam oleh instrumen dan ditampilkan dalam bentuk grafik yang dikenal sebagai elektroferogram. Fragmen DNA yang telah terpisah kemudian dideteksi oleh sistem analisis dan divisualisasikan dalam bentuk profil DNA yang menunjukkan angka variasi alel pada setiap lokus yang diperiksa.
Setiap lokus STR memiliki pola pengulangan basa tertentu, misalnya unit pengulangan tersebut muncul sebanyak dua belas kali pada suatu lokus, maka alel tersebut akan dilaporkan sebagai alel 12; jika muncul empat belas kali, maka dilaporkan sebagai alel 14. Penentuan angka ini dilakukan secara otomatis oleh perangkat lunak analisis dengan membandingkan ukuran fragmen DNA hasil pemeriksaan dengan allelic ladder, yaitu standar referensi ukuran fragmen STR yang sudah diketahui jumlah pengulangannya.
Profil angka alel yang diperoleh kemudian digunakan untuk membandingkan hubungan genetik antara individu yang diuji dalam pemeriksaan paternitas.
Contoh electropherogram
(Abuidrees A. et al. 2016 A Suitable Method for DNA Extraction from Bones forn Forensic Applications: A Case)
Contoh pencocokan alel anak dengan alel kedua orang tua
Interpretasi:
- Anak memiliki 12 → cocok dengan ibu
- Anak memiliki 14 → cocok dengan ayah
Karena setiap lokus STR anak harus berasal dari satu alel ibu dan satu alel ayah, maka kesimpulannya pada marka STR tersebut anak memiliki pola yang cocok dengan terduga ayah.
Setelah profil alel pada setiap lokus STR berhasil ditentukan, langkah berikutnya dalam pemeriksaan paternitas adalah melakukan evaluasi secara statistik terhadap kecocokan profil genetik antara anak dan terduga ayah.
Perhitungan statistik tersebut dilakukan menggunakan parameter yang disebut Paternity Index (PI). PI merupakan nilai yang menunjukkan seberapa besar kemungkinan seorang individu merupakan ayah biologis dari seorang anak. Nilai PI dihitung pada setiap lokus/Marka STR yang dianalisis dengan mempertimbangkan frekuensi alel dalam populasi referensi. Semakin jarang suatu alel ditemukan dalam populasi, semakin besar kontribusi lokus tersebut dalam memperkuat nilai PI.
Karena analisis paternitas biasanya melibatkan banyak lokus STR, nilai PI dari setiap lokus kemudian dikalikan untuk memperoleh nilai Combined Paternity Index (CPI). CPI merepresentasikan secara keseluruhan lokus yang dianalisis dalam pemeriksaan tersebut. Nilai CPI yang tinggi menunjukkan bahwa profil genetik anak sangat konsisten dengan profil dari individu yang diperiksa sebagai ayah biologis.
Nilai CPI selanjutnya digunakan untuk menghitung probabilitas paternitas, yaitu persentase kemungkinan bahwa individu yang diuji benar merupakan ayah biologis dari anak tersebut. Probabilitas paternitas ≥ 99,99% menunjukkan bahwa individu yang dites (terduga ayah/ random man) memiliki pola profil DNA yang tidak dapat disingkirkan sebagai kemungkinan ayah biologis dari anak yang diperiksa, sedangkan ketidaksesuaian pada beberapa lokus STR yang tidak dapat dijelaskan oleh pola pewarisan genetik akan menghasilkan kesimpulan eksklusi paternitas, yaitu 0%.
Dengan demikian, pemeriksaan DNA paternitas merupakan proses yang melibatkan serangkaian tahapan ilmiah yang sistematis, mulai dari pemilihan sampel biologis, isolasi DNA, amplifikasi melalui Polymerase Chain Reaction, analisis marka STR menggunakan Capillary Electrophoresis, hingga interpretasi statistik menggunakan PI dan CPI. Integrasi antara teknologi biologi molekuler dan pendekatan statistik ini memungkinkan penentuan hubungan biologis dilakukan dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi, sehingga menjadikan tes DNA paternitas sebagai metode yang paling andal dalam pembuktian hubungan ayah dan anak dalam konteks ilmiah maupun forensik.
Apabila Anda memerlukan informasi lebih lanjut mengenai prosedur, jenis pemeriksaan, atau ruang lingkup interpretasi hasil tes DNA paternitas, Genos Laboratory menyediakan layanan konsultasi pra-pengujian untuk membantu menentukan pemeriksaan yang sesuai dengan kebutuhan Anda.
Referensi
- Butler, J. M. (2005). Forensic DNA Typing: Biology, Technology, and Genetics of STR Markers (2nd ed.). Elsevier Academic Press.
- Butler, J. M. (2012). Advanced Topics in Forensic DNA Typing: Methodology. Academic Press.
- Butler, J. M. (2015). Advanced Topics in Forensic DNA Typing: Interpretation. Academic Press.
- Goodwin, W., Linacre, A., & Hadi, S. (2011). An Introduction to Forensic Genetics (2nd ed.). Wiley-Blackwell.
- Evett, I. W., & Weir, B. S. (1998). Interpreting DNA Evidence: Statistical Genetics for Forensic Scientists. Sinauer Associates.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., et al. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). W.H. Freeman.
- Mullis, K., Faloona, F., Scharf, S., Saiki, R., Horn, G., & Erlich, H. (1986). Specific enzymatic amplification of DNA in vitro: The polymerase chain reaction. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 51, 263–273.
- Edwards, A., Hammond, H. A., Jin, L., Caskey, C. T., & Chakraborty, R. (1992). Genetic variation at five trimeric and tetrameric tandem repeat loci in four human population groups. Genomics, 12(2), 241–253.
- Gill, P., Jeffreys, A. J., & Werrett, D. J. (1985). Forensic application of DNA fingerprints. Nature, 318, 577–579.
- Butler, J. M. (2006). Genetics and genomics of core short tandem repeat loci used in human identity testing. Journal of Forensic Sciences, 51(2), 253–265.
- Brenner, C. H., & Morris, J. W. (1990). Paternity index calculations in DNA testing. American Journal of Human Genetics, 46(4), 683–687.
- Scientific Working Group on DNA Analysis Methods (SWGDAM). (2020). SWGDAM Interpretation Guidelines for Autosomal STR Typing by Forensic DNA Testing Laboratories.
- Federal Bureau of Investigation (FBI). (2017). CODIS Core Loci Expansion and the Future of DNA Databases. Forensic Science International: Genetics.
- International Society for Forensic Genetics (ISFG). (2020). ISFG Recommendations on the Use of DNA in Relationship Testing. Forensic Science International: Genetics.
- Bai, Rufeng & Liu, Yaju & Li, Zheng & Jin, Haiying & Tian, Qinghua & Shi, Meisen & Ma, Shuhua. (2016). Developmental Validation of a novel 5 dye Y-STR System comprising the 27 YfilerPlus loci. Scientific Reports. 6. 29557. 10.1038/srep29557.