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Tipo do documento: Tese
Título: Soluções para problemáticas forenses da Cannabis sp. no Brasil com foco genético e genômico
Autor: Ribeiro, Lucas de Oliveira Pereira 
Primeiro orientador: Alho, Clarice Sampaio
Primeiro coorientador: Astarita, Leandro
Resumo: A Cannabis sativa, conhecida como Cannabis, é uma planta envolta em controvérsias devido às divergentes legislações globais que variam de legalização a proibição. Desde sua regulamentação inicial em 1925, seu crescente interesse econômico e medicinal tem influenciado as leis em muitos países. Segundo a UNODC, a Cannabis permanece a droga mais consumida globalmente, com mais de 4% da população mundial utilizando-a em 2020. Esse aumento da demanda contribui para um mercado altamente lucrativo, associado ao crime organizado em grande escala. O Brasil, enfrentando desafios no combate ao tráfico devido à extensa fronteira e áreas remotas, busca estratégias, incluindo métodos moleculares da UNODC, para identificação e combate ao tráfico de Cannabis. O tráfico de drogas, especialmente de Cannabis, representa um desafio global, sendo ainda mais complexo no Brasil, onde 7,7% da população já experimentou a substância. A apreensão maciça de drogas em 2020 destaca a magnitude do problema, complicado pela diversidade de rotas de tráfico. Estudos brasileiros com painéis de STRs mostram eficácia, oferecendo uma abordagem promissora para rastreamento e identificação de amostras. A ausência de estudos populacionais no genoma das plantas traficadas no Brasil é um obstáculo para o desenvolvimento de ferramentas moleculares específicas, dificultando investigações e processos judiciais. Testes genéticos podem fornecer dados precisos para identificação, qualificação e inferência populacional, mas obstáculos logísticos e tecnológicos persistem no contexto brasileiro. A falta de comparação molecular internacional e a escassez de expertise e equipamentos nos laboratórios forenses brasileiros acentuam os desafios na implementação dessas ferramentas. A fim de contribuir positivamente para o combate ao narcotráfico, este trabalho desenvolveu três soluções. Para abordar a problemática do tráfico de sementes de maconha, foi elaborado e validado um protocolo de análise molecular específico para sementes de canabis. O estudo envolveu a extração e genotipagem de 43 sementes usando um protocolo cuidadosamente desenvolvido para garantir a integridade do DNA. A quantificação do DNA foi realizada usando o Qubit dsDNA HS Assay Kit. Foi empregado um ensaio multiplex, com foco em 13 marcadores de Repetições Curtas em Tandem (STR) específicos para Cannabis sativa, seguido por amplificação por PCR e eletroforese capilar para genotipagem. Etapas de validação incluíram uma avaliação de sensibilidade, testes de especificidade de espécies e avaliações de reprodutibilidade usando sementes de Humulus lupulus e amostras de Homo sapiens. Análises estatísticas forenses foram conduzidas para avaliar a adequação dos marcadores, e análises de concordância foram realizadas usando um painel multiplex de STR separado. Atribuição populacional e análises de variabilidade genética foram realizadas, utilizando um conjunto de dados de corredores de narcotráfico. Esta parte do trabalho resultou em um estudo ímpar, desenvolvendo uma metodologia robusta para análise forense, X garantindo a confiabilidade e aplicabilidade dos protocolos desenvolvidos para lidar com os desafios do tráfico de sementes de Cannabis sativa no Brasil. No segundo experimento da tese, foram selecionadas 45 amostras de Cannabis sativa, representando quatro origens principais, para o sequenciamento completo do genoma. A escolha baseou-se na concentração de DNA, na qualidade dos resultados de painéis 13-STR multiplex e no genótipo dos 19 marcadores avaliados. O sequenciamento foi realizado utilizando o protocolo NovaSeq da Illumina, resultando em uma cobertura superior a 8x para todas as amostras. Os dados obtidos, após alinhamento com o genoma de referência can10, serão disponibilizados online para contribuir com pesquisas genéticas. Além disso, foi criado um banco de dados genéticos populacionais, utilizando dois painéis multiplex de 13 marcadores STR validados internacionalmente. Esse banco inclui informações sobre frequências alélicas e parâmetros forenses para os 19 marcadores, sendo uma valiosa ferramenta para análises de inferência populacional na área forense. Os resultados indicam que oito dos 19 marcadores apresentaram desvio do equilíbrio de Hardy-Weinberg, justificável pela seleção específica para diferenciação de origens. O poder de discriminação combinado foi estimado em 1 em 59 milhões. O banco de dados e os parâmetros forenses fornecem recursos substanciais para aplicação em análises rotineiras na área policial, fortalecendo o combate ao tráfico de drogas. No terceiro experimento, a genotipagem de SNPs foi explorada como uma alternativa aos marcadores microssatélites. Foram identificados 50 SNPs relevantes para predizer a origem geográfica das amostras, com um F1-Score ótimo de 96% alcançado com apenas 4 SNPs. Os SNPs foram hierarquizados, sendo o mais importante localizado no cromossomo 9, posição 48212140 (G/C), em um gene não caracterizado. Uma ferramenta de genotipagem de SNPs está sendo desenvolvida como suporte à inteligência policial, proporcionando previsões precisas sobre a origem de amostras apreendidas. A correlação biológica desses SNPs permanece em aberto para investigações futuras. Além do impacto nacional, este trabalho ultrapassou fronteiras, sendo apresentado em conferências científicas internacionais e palestras para especialistas no Brasil. Notavelmente, foi agraciado com o prêmio de destaque na área durante o 6º Encontro de Forense (6° EnqFor), enfatizando ainda mais a relevância e o reconhecimento desta pesquisa. Em suma, esta tese não apenas aborda questões cruciais relacionadas a Cannabis sativa, mas também oferece soluções práticas e inovadoras para enfrentar o narcotráfico, destacando-se pelo seu impacto internacional e reconhecimento no cenário forense.
Abstract: The Cannabis sativa, known as Cannabis, is a plant shrouded in controversy due to divergent global legislations ranging from legalization to prohibition. Since its initial regulation in 1925, its growing economic and medicinal interest has influenced laws in many countries. According to UNODC, Cannabis remains the most globally consumed drug, with over 4% of the world population using it in 2020. This increased demand contributes to a highly lucrative market, associated with large-scale organized crime. Brazil, facing challenges in combating trafficking due to its extensive border and remote areas, seeks strategies, including UNODC molecular methods, for the identification and combat of Cannabis trafficking. Drug trafficking, especially of Cannabis, poses a global challenge, being even more complex in Brazil, where 7.7% of the population has experimented with the substance. The massive drug seizures in 2020 highlight the magnitude of the problem, complicated by diverse trafficking routes. Brazilian studies using STR panels show efficacy, offering a promising approach for tracking and identifying samples. The absence of population studies on the genome of trafficked plants in Brazil is a hurdle to the development of specific molecular tools, hindering investigations and legal processes. Genetic tests can provide accurate data for identification, qualification, and population inference, but logistical and technological obstacles persist in the Brazilian context. The lack of international molecular comparison and the shortage of expertise and equipment in Brazilian forensic laboratories accentuate the challenges in implementing these tools. To positively contribute to the fight against drug trafficking, this work developed three solutions. To address the issue of marijuana seed trafficking, a specific molecular analysis protocol for cannabis seeds was developed and validated. The study involved the extraction and genotyping of 43 seeds using a carefully developed protocol to ensure DNA integrity. DNA quantification was performed using the Qubit dsDNA HS Assay Kit. A multiplex assay was employed, focusing on 13 Short Tandem Repeat (STR) markers specific to Cannabis sativa, followed by PCR amplification and capillary electrophoresis for genotyping. Validation steps included a sensitivity assessment, species specificity tests, and reproducibility evaluations using Humulus lupulus seeds and Homo sapiens samples. Forensic statistical analyses were conducted to assess marker suitability, and concordance analyses were performed using a separate multiplex STR panel. Population assignment and genetic variability analyses were conducted using a dataset from drug trafficking routes. This part of the work resulted in a unique study, developing a robust methodology for forensic analysis, ensuring the reliability and applicability of the protocols developed to address the challenges of Cannabis sativa seed trafficking in Brazil. In the second experiment of the thesis, 45 samples of Cannabis sativa, representing four main origins, were selected for complete genome sequencing. The selection was based on DNA concentration, quality of XII 13-STR multiplex panel results, and the genotype of the 19 evaluated markers. Sequencing was performed using the Illumina NovaSeq protocol, resulting in coverage exceeding 8x for all samples. The data obtained, after alignment with the can10 reference genome, will be made available online to contribute to genetic research. Additionally, a population genetic database was created, using two internationally validated 13-STR multiplex panels. This database includes allelic frequencies and forensic parameters for the 19 markers, serving as a valuable tool for population inference analyses in forensic science. The results indicate that eight of the 19 markers showed deviation from Hardy-Weinberg equilibrium, justifiable by specific selection for origin differentiation. The combined discrimination power was estimated at 1 in 59 million. The database and forensic parameters provide substantial resources for routine application in police analyses, strengthening the fight against drug trafficking. In the third experiment, SNP genotyping was explored as an alternative to microsatellite markers. Fifty relevant SNPs were identified to predict the geographical origin of the samples, with an optimal F1-Score of 96% achieved with just 4 SNPs. The SNPs were ranked, with the most crucial one located on chromosome 9, position 48212140 (G/C), in an uncharacterized gene. An SNP genotyping tool is being developed to support law enforcement, providing accurate predictions about the origin of seized samples. The biological correlation of these SNPs remains open for future investigations. Beyond national impact, this work transcended borders, being presented at international scientific conferences and lectures for experts in Brazil. Notably, it was honored with the Outstanding Research Award in the forensic field during the 6th Forensic Meeting (6th EnqFor), further emphasizing the relevance and recognition of this research. In summary, this thesis not only addresses crucial issues related to Cannabis sativa but also offers practical and innovative solutions to combat drug trafficking, standing out for its international impact and recognition in the forensic arena
Palavras-chave: Cannabis Sativa
Tráfico de Drogas
Genética Forense
Análise Molecular
Repetições Curtas em Tandem (STR)
Polimorfismos de Nucleotídeo Único (SNPs)
Banco de Dados Genético
Sequenciamento do Genoma
Forense Criminal
Cannabis Sativa
Drug Trafficking
Forensic Genetics
Molecular Analysis
Short Tandem Repeats (STR)
Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs)
Genetic Database
Genome Sequencing
Criminal Forensics
Área(s) do CNPq: CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOLOGIA GERAL
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Sigla da instituição: PUCRS
Departamento: Escola de Ciências Saúde e da Vida
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Restrição de acesso: Trabalho será publicado como artigo ou livro
Prazo para liberar texto completo: 24 meses
Data para liberar texto completo: 19/03/2026
URI: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11121
Data de defesa: 29-Ago-2023
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular

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