Jan 07 2021

Casework Direct Kit as an Alternative Extraction Method to Improve Analysis of Touch DNA Samples

Touch DNA samples are increasingly collected at crime scenes and, although they contain little DNA, can result in an individual genetic profile, aiding in the interpretation of investigations. The extraction method used in these samples is crucial for the recovery of genetic material and is therefore a determining factor to obtain the genetic profile.

In the city of São Paulo, the DNA IQ™ System (Promega Corporation) kit is the current extraction method used in forensic samples, as it has the ability to remove PCR inhibitors in several purification stages. However, because it is based on several washes, it can cause DNA loss during this process.

Recently, the Casework Direct kit (Promega Corporation) was launched, and is based on an extraction without washes, in order to minimize DNA loss. This study was designed to compare the efficacy of the DNA IQ system (IQ) and the Casework Direct Kit (CW) kits for the recovery of touch DNA samples collected on different surfaces.

A total of 104 crime simulations were carried out, distributed among computer keyboards, knife handles (steel, wood and polypropylene) and door handles and steering wheels of cars, to obtain mixing profiles of two people. Half of the samples were extracted with CW and the other half with IQ. The collection was performed using the double swab method and quantification was performed with the Quantifiler Trio™ kit (ThermoFisher Scientific). The samples were amplified with the PowerPlex® Fusion System kit (Promega). It was possible to obtain STR profiles for 32 (61.5%) of the 52 experiments with IQ, and for 51 (98.1%) of the 52 CW samples. Of the 21 experiments with negative results, 14 were knife handles, 1 computer keyboard and 6 car door handles. The number of profiles useful for an investigation, considering at least 8 markers, was verified based on the number of STR markers with allelic correspondence for secondary donors (criminals). The CW presented 30 useful profiles for identification of the secondary donor, while the IQ obtained 12 (X2 test with p=0.001). It is possible to conclude that the Casework Direct Kit was significantly more effective for processing touch DNA samples than the DNA IQ system.

During the GCLAITH meeting at ISHI 31, Daniela de Oliveira Francisco presented on this study. As there was not enough time to answer all of the questions that came in during her talk, we’ve compiled them here.

For samples that did not indicate the presence of DNA in the quantification, what was the volume of DNA used in the PCR? Has more than one attempt been made to amplify these samples with different volumes of DNA? Was the same done for extractions with the control extraction method?

The volume of DNA used in the PCR reaction for samples that did not indicate the presence of DNA in the quantification was 15 microliters. If the sample did not generate a genetic profile, further attempts were made with a volume of 25 microliters. This process was done for samples extracted with both extraction methods tested in this study.

What do you consider to be a positive quantification result in your study?

Considering that the Quantifiler Trio is capable of quantifying long (> 200 bases) and short (> 80 and <200 bases) DNA fragments, and that some of the samples obtained undetermined DNA results for both values, a positive quantification result would be the presence of at least one of the positive quantification values, that is, that at least one of them was not indeterminate.

Why was the Quantifiler Trio used for quantification, since previous studies had already shown the incompatibility with the Casework Direct Kit? 

Because our study was prepared based on the needs of the scientific expertise of the city of São Paulo. When we did the experimental design, we talked to the heads of the city’s Criminalistics Institute and they told us about their realities (difficulties, needs, etc.). At the time, the Casework Direct Kit was not yet being marketed in Brazil. So, they used the DNA IQ System to extract forensic samples and the Quantifiler Trio for quantification. For this reason, we could not simply substitute the use of the Quantifiler Trio, as our objective was to assist the work of São Paulo’s expertise and that was their reality. So, at that moment, we chose not to use any other quantification kit. We kept the Quantifiler Trio even though we knew of the possibility of incompatibility with the Casework Direct kit and prioritized the analysis of the profiles obtained with the two tested extraction methods.

Amostras  de DNA de toque são cada vez mais frequentemente coletadas em cenas de crime e, ainda que contenham pouco DNA, podem resultar em um perfil genético individual, auxiliando na elucidação de investigações. O método de extração usado nessas amostras é crucial para a recuperação do material genético e, portanto, determinante para a obtenção do perfil genético. Na cidade de São Paulo, o kit DNA IQ™ System (Promega Corporation) é o atual método de extração utilizado em amostras forenses, pois apresenta capacidade de remover inibidores de PCR em diversas etapas de purificação. Entretanto, por se basear em diversas lavagens, pode ocasionar a perda de DNA durante esse processo. Recentemente, o Casework Direct Kit (Promega Corporation) foi lançado, e se baseia numa extração sem lavagens, com o intuito de minimizar a perda de DNA. O objetivo desse estudo foi comparar a eficácia dos kits DNA IQ System (IQ) e Casework Direct Kit (CW) para a recuperação de amostras de DNA de toque coletadas em diferentes superfícies. Foram realizadas 104 simulações de crimes, distribuídas entre teclados de computadores, empunhaduras de facas (aço, madeira e polipropileno) e maçanetas e volantes de carros, para obtenção de perfis de mistura de duas pessoas. Metade das amostras foi extraída com CW e a outra metade com IQ. A coleta foi realizada com o método do duplo swab e a quantificação foi realizada com o kit Quantifiler Trio™ (ThermoFisher Scientific). As amostras  foram amplificadas com o  PowerPlex® Fusion System kit (Promega). Foi possível obter perfis STR para 32 (61.5%) dos 52 experimentos com  IQ, e  para 51 (98.1%) das 52 amostras de CW. Dos 21 experimentos com resultados negativos, 14  eram de empunhaduras de facas, 1 de teclado de computadores e 6 de maçanetas de carros. O número de perfis úteis para uma investigação, considerando pelo menos 8 marcadores, foi verificado com base na quantidade de marcadores STR com correspondência alélica para doadores secundários (criminosos). O CW apresentou 30 perfis úteis para identificação do doador secundário, enquanto que o  IQ  obteve 12 ( teste de X2 com p=0.001).  É possível concluir que o Casework Direct Kit foi significativamente mais eficaz para o processamento de amostras de DNA de toque do que o DNA IQ System.

Daniela, que se considera un resultados positivo de cuantificacion en tu estudio, gracias?

Considerando que o Quantifiler Trio é capaz de quantificar fragmentos longos (>200 bases) e curtos (>80 e <200 bases) de DNA, e que algumas das amostras obtiveram resultados indeterminados de DNA para ambos os valores, um resultado positivo de quantificação seria a presença de pelo menos um dos valores de quantificação positivo, ou seja, que pelo menos um deles não fosse indeterminado.

Daniela, parabéns! Para as amostras que não indicaram presença de DNA na quantificação, qual foi o volume de DNA usado na PCR? Foi feita mais de uma tentativa de amplificação dessas amostras com diferentes volumes de DNA? O mesmo foi feito para as extrações com o método de extração controle?

Antes de tudo, obrigada pelos parabéns. O volume de DNA utilizado na reação de PCR para amostras que não indicaram a presença de DNA na quantificação foi de 15 microlitros. Caso a amostra não tenha gerado um perfil genético, outras tentativas foram feitas com um volume de 25 microlitros. Esse processo foi feito para amostras extraídas com ambos os métodos de extração testados nesse estudo.

Por que foi usado o Quantifiler Trio para quantificação, sendo que estudos prévios já haviam mostrado a incompatibilidade com o Casework Direct Kit?

Porque o nosso estudo foi elaborado com base nas necessidades da perícia cientifica da cidade de São Paulo. Quando fizemos o desenho experimental, conversamos com os responsáveis do Instituto de Criminalística da cidade e eles nos relataram as suas realidades (dificuldades, necessidades, etc). Na época, o Casework Direct Kit ainda não estava sendo comercializado no Brasil. Então, eles usavam o DNA IQ System para extração de amostras forenses e o Quantifiler Trio para quantificação. Por isso, não poderíamos simplesmente substituir o uso do Quantifiler Trio, pois o nosso objetivo era auxiliar o trabalho da perícia de São Paulo e aquela era a realidade deles. Assim, naquele momento, optamos por não usar qualquer outro kit de quantificação. Mantivemos o Quantifiler Trio mesmo sabendo da possibilidade de incompatibilidade com o Casework Direct kit e priorizamos a análise dos perfis obtidos com os dois métodos de extração testados.

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