DEVELOPMENT OF AN INNOVATIVE DIP-STR MARKER ASSAY TO SOLVE UNBALANCED TWO-SOURCE DNA MIXTURES FOR FORENSIC APPLICATIONS

Resolving genomic mixtures from biological samples recovered at crime scenes represents a real challenge the forensic genetics community is currently struggling to address. Notably, unbalanced DNA mixtures can be characterized by the presence of several contributors in différent DNA proportions, which may include the alleged perpetrator's DNA corresponding to the minor DNA contributor masked by the major contributor from the victim (or object owner). Because of the low sensitivity of conventional autosomal STR markers as well as the uninformativeness of lineage markers (Y-STR) in specific gender assortment combinations, the minor maie or female DNA contributor remains undetected. We addressed such an issue through the development, validation and application of a novel forensic DNA tool named DIP-STR as well as with the design of a simulation-based DNA protocol. In particular, an innovative DIP-STR marker set was developed and optimized in compliance with current forensic DNA standards needed for the analysis of challenging DNA samples. This innovative marker type is highly sensitive, specific as it can detect the minor DNA contributor in presence of 1000-fold excess of the major DNA contributor and it was surveyed on a 103-Swiss individual sample set. To comprehensively contribute towards exploring further unbalanced genomic mixtures the development of a specific contact trace simulation-based protocol also enabled to unravel the change over time of the relative contribution of DNA deposited by two persons handling the same object and the détection of indirectly transferred DNA profiles. To further evaluate the potential of DIP-STR, this novel marker was also tested on simulated "touch" DNA casework like samples that included unbalanced two-source DNA mixtures. Though a limited set of markers was used, this contributed to detect and access the minor DNA contributor that remained undetected using conventional STR analysis. The potential of DIP-STR markers was also tested on a sériés of challenging casework DNA samples (intimate and contact traces) taken on victim and/or alleged offender of sexual/physical assaults motivated offenses. Such novel markers was found to provide added value information on the minor DNA contributor from samples containing low total DNA and/or high major/minor DNA ratio and contribute to strengthen the probative of DNA evidence in support of the hypothesis put forward either by the prosecution's or defence's authority. In a nutshell, this Ph.D. dissertation contributes to take a further leap towards resolving forensically challenging unbalanced DNA mixtures by further proving the advantages of this alternative tool to the forensic community. -- L'analyse des traces de mélanges d'ADN provenant d'échantillons biologiques prélevés sur les scènes de crime représente un défi pour les généticiens forensiques. En particulier, les mélanges d'ADN déséquilibrés peuvent être composés d'une faible quantité d'ADN du suspect, qui représente le contributeur mineur du mélange, et d'une grande quantité d'ADN de la victime d'une agression, ou du propriétaire d'un objet, qui représente le contributeur majeur du mélange. Dans de nombreux cas, les marqueurs STR autosomaux couramment utilisés dans le domaine forensique ne parviennent pas à détecter l'ADN du contributeur mineur de tels mélanges. Des marqueurs STR situés sur le chromosome Y permettent d'accéder au contributeur mineur d'un mélange d'ADN déséquilibré, mais seulement si ce contributeur est masculin et que le contributeur majeur est féminin. Ils sont inefficaces dans les autres situations. Afin d'améliorer l'analyse des mélanges d'ADN déséquilibrés l'analyse d'un nouveaux marqueur génétique nommé DIP-STR a été développé au laboratoire. Un nouveau jeu de DIP-STR a été développé, optimisé et validé en se conformant aux normes forensiques concernant l'analyse d'échantillons difficiles. Ce type de marqueur est très sensible, spécifique et peut détecter le contributeur d'ADN mineur en présence d'un excès d'ADN de 1000 fois supérieur du contributeur majeur d'ADN. De plus, son pouvoir de discrimination est élevé comme l'a montré l'analyse d'un échantillon d'individus de la population suisse. Pour évaluer son potentiel, ce nouveau marqueur a été testé sur des traces de contact simulées comprenant des mélanges d'ADN de deux personnes ayant touché différents types d'objets. Même si un nombre limité de marqueurs a été utilisé, les DIP-STR ont contribués à la détection du contributeur mineur d'ADN qui restait masqué suite à l'analyse STR conventionnelle. De plus, ces simulations ont permis d'évaluer l'évolution de la contribution relative d'ADN déposé par les deux personnes et de montrer que le transfert indirect d'ADN ne doit pas être négligé pour des traces de contact. Le potentiel de marqueurs DIP-STR a été aussi testé pour la première fois sur une série d'échantillons réels prélevées sur des victimes et/ou des auteurs présumés dans le contexte de délits à caractère sexuel et d'agressions physiques. Les DIP-STR ont démontré leur capacité de fournir des informations supplémentaires sur le contributeur d'ADN mineur soit pour des échantillons contenant une quantité très limitée d'ADN et/ou avec un rapport de concentration d'ADN très déséquilibré entre les contributeurs majeurs et mineurs. Ceci a permis de renforcer la valeur probante de l'indice ADN en soutenant soit l'hypothèse avancée par l'accusation, soit celle de la défense. En bref, cette thèse de doctorat contribue à l'avancement des connaissances dans le domaine de l'analyse des mélanges d'ADN déséquilibrés et permet de proposer à la communauté forensique des nouveaux marqueurs DIP-STR innovants prêts à être utilisés pour des cas réels