Когда появился ДНК-тест

В наши дни проведение ДНК-тестов − достаточно популярное явление. Такие услуги предоставляют профильные центры, при которых действуют современные лаборатории, оснащённые высокотехнологичным оборудованием. Однако так было далеко не всегда. Когда же генетика перестала быть псевдонаукой и стала нашей повседневностью?

Предпосылки генетических открытий

Ещё в начале XX века учёные пришли к выводу, что хромосомы, представляющие собой комплексы нуклеиновых кислот с белками в клетках живых организмов, являются единицами, содержащими в себе наследственную информацию.

Через несколько десятилетий, ближе к середине столетия, исследователи вопроса смогли доказать, что за передачу генетических сведений отвечает отдельная молекула, которая присутствует в составе хромосом. Речь идёт о дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Специалисты занялись прицельным изучением её свойств, в результате чего через время сделали вывод: она представляет собой двойную спираль.

Исследования, имеющие такую же природу, как генетические тесты, стали проводиться позже. В частности, они нашли широкое применение в криминалистике. В августе 1987 года в Великобритании был впервые применён на практике метод Джеффриса.

По страницам истории

Отметим, что 99,9% последовательностей человеческой ДНК совпадает по составу. При этом у каждого лица они индивидуальны. Это позволяет провести идентификацию личности, определить степень родства, получить ряд другой важной информации.

Благодаря новой технологии в английском графстве Лестершир состоялся арест Колина Питчфорка. Он подозревался в убийстве двух девочек, однако доказательная база была достаточно слабой. Эксперты сличили ДНК слюны подозреваемого и материалов, взятых с тел жертв. В итоге справедливость восторжествовала, и виновный был осуждён.

Проведение ДНК-теста помогло оправдать Ричарда Бакленда, 17-летнего юношу, который в 1986 году под давлением представителей закона свидетельствовал против себя и признался в преступлении. Исследования показали, что молодой человек невиновен.

Что касается России, то в отечественной практике ДНК-тест впервые был применён в декабре 1988 года. Он помог отправить за решётку серийного убийцу Сопова, который нагонял страх на жителей Ивановской области

Проведение теста ДНК: этапы

ДНК содержится в большинстве живых клеток. В силу этого в качестве материала, который подвергается анализу, может выступать слюна, волосяные луковицы, кровь, сперма, эпителий и т. д.

Проведение анализа проводится в несколько этапов:

Изначально на проведение всех видов ДНК-тестов требовалось много времени, более недели. Теперь же современное оборудование и инновационные разработки дают возможность получать сведения гораздо быстрее. При необходимости некоторые данные можно получить уже в течение часа.

Источник

Как менялись технологии теста ДНК на отцовство

Как устанавливали биологическое отцовство в прошлом веке? Когда тест на отцовство достиг точности 99,9%? Узнайте об этапах развития ДНК-теста.

В 1920-х годах ученые доказали, что группы крови генетически унаследованы. Диаграмма групп крови, показанная ниже, была разработана, чтобы показать взаимосвязь между родителями и их детьми.

Ученые поняли, что они могут предсказывать тип крови ребенка по группам крови его родителей. И наоборот, если одна из групп крови родителей была неизвестна, ученые могли использовать типы крови ребенка и известного родителя, чтобы определить тип крови отсутствующего родителя. Таким образом, ученые использовали группу крови для определения отцовства или материнства ребенка. Однако, поскольку информация на основе групп крови ограничена, было сложно с уверенностью определить биологические отношения.

Например, если у ребенка была кровь типа А, а у матери ребенка была кровь типа AB, у биологического отца ребенка мог быть любой из 4 типов крови. Это означает, что, основываясь только на группах крови, никто не может быть исключен как отец ребенка.

В конце концов, сила исключения (сила теста для исключения определенного процента населения от биологического отношения к человеку) для анализа крови составляет всего 30%. Установление отцовства по группам крови не является достоверным методом определения отцовства.

В 1930-х годах ученые обнаружили в крови другие белки, которые можно было использовать для идентификации людей. Системы крови группы Rh, Kell и Duffy, как и система ABO, были основаны на присутствии специфических антигенов в крови. Эти антигены также генетически унаследованы, что является полезным при определении возможных биологических отношений.

Через эти серологические тесты ученые могли использовать системы группы крови двух родителей, чтобы предсказать возможную группу крови своего ребенка. Ученые также применяли серологические тесты в отношении случаев отцовства, пытаясь идентифицировать предполагаемых отцов на основе групп крови ребенка и матери. Однако, как и использование системы ABO для тестирования на отцовство, серологические тесты не являются окончательными при идентификации биологических родителей. Сила исключения для серологического тестирования составляет всего 40%, что означает, что этот метод неэффективен для определения биологических отношений.

В середине 1970-х годов ученые перешли от групп крови к типированию тканей. Ученые обнаружили человеческий лейкоцитарный антиген (HLA), который преобладает во всем теле, за исключением красных кровяных телец. В частности, белые клетки крови несут высокую концентрацию HLA. Существует много разных типов HLA, и эти типы варьируются у каждого человека. Из-за высокой изменчивости типов HLA между разными людьми тестирование HLA стало более мощным способом тестирования отцовства. Сила исключения для тестирования HLA сама по себе составляет 80% и в сочетании с набором крови и серологическим тестированием составляет 90%.

В середине 1980-х годов был разработан метод, называемый полиморфизмом длины рестрикционного фрагмента (RFLP). Этот метод стал первым генетическим тестом с использованием ДНК. Как HLA и белки крови, ДНК генетически унаследована от обоих родителей. Тем не менее, участки ДНК являются сильно варьируемыми и более уникальными, чем HLA и белки крови, и они обнаруживаются в каждой клетке тела. Эти атрибуты делают ДНК идеальной для идентификации биологических отношений.

RFLP позволяет ученым вырезать уникальные участки ДНК, которые извлекаются из образцов крови. Для тестирования на отцовство сравниваются эти уникальные участки родителей и ребенка. Половина ДНК ребенка должна соответствовать ДНК матери, а половина должна соответствовать ДНК отца, если они имеют биологическое родство.

Иногда во время этой процедуры ДНК ребенка не соответствует ДНК одного из родителей, это может быть вызвано генетическими мутациями. В таких случаях ученые проводят статистический анализ, чтобы определить возможности мутации и биологических отношений между членами семьи.

Поскольку RFLP имеет отношение к тестированию ДНК, эта процедура дает очень достоверные результаты, обычно с силой исключения выше 99,99%. Однако этот метод сегодня не используется часто, потому что, как и тестирование HLA, RFLP требует объемного образца крови и длительного времени выполнения.

Несмотря на то, что в 1980-х годах был разработан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) при тестировании ДНК, он стал стандартным процессом тестирования на отцовство только в 1990-х годах.

ПЦР представляет собой метод, посредством которого образцы фрагментов ДНК копируются и реплицируются много раз, пока не будут созданы миллиарды копий. Из-за силы ПЦР очень маленькие образцы ДНК из любой части тела могут быть использованы в тесте ДНК. Кроме того, процесс выполняется быстро.

Этот метод пока еще очень дорогой и выполняется только американскими лабораториями, но воспользоваться услугами лаборатории можно и у нас в стране.

Источник

Сколько стоит сдать генетический тест

И что можно узнать из него о своем здоровье и происхождении

Что такое ДНК-тест

В генах человека содержится огромный объем информации. Из ДНК-теста можно узнать, например, к каким этносам принадлежали ваши предки, есть ли у вас генетические заболевания, склонны ли вы к занятиям футболом, как вы переносите лактозу и эффективно ли в вашем случае работает аспирин. Самое известное практическое применение генетического теста — установление отцовства. Но в статье речь пойдет не об этом.

ДНК-тестирование проходит так. Клиент сдает в лабораторию свой биоматериал: как правило, слюну или клетки с внутренней поверхности щеки. Из материала выделяют участки ДНК и расшифровывают снипы. Слово «снип» образовано от английской аббревиатуры SNP — single-nucleotide polymorphism. Означает оно отличия в последовательностях нуклеотидов. Эти отличия возникают из-за точечных мутаций в процессе эволюции. Затем снипы сравнивают с другими, уже имеющимися в базе, — и таким образом получают информацию об этническом происхождении клиента, предрасположенности к заболеваниям, личных особенностях и реакциях на медицинские препараты.

Что такое снип — статья в Википедии

С ДНК-тестом на руках можно даже знакомиться с потенциальными половинками — для этого есть специальный сайт DNA Romance

Расшифровка ДНК за деньги — не новая услуга. В США ее с 2006 года предоставляет компания 23AndMe, которую создала Анна Войжицки, жена сооснователя Гугла Сергея Брина. 23AndMe — пионер в проведении генетических тестов для всех желающих, но сейчас на рынке существует множество других компаний — как в США, так и в России и других странах.

Сколько стоят ДНК-тесты

Выбор компании для проведения ДНК-тестов не ограничивается вышеупомянутой 23AndMe. Есть несколько альтернатив, в том числе российских.

Российские тесты удобно выбирать, если вы не хотите долго ждать доставку, а потом еще и заморачиваться с пересылкой биоматериалов за границу. Но сэкономить с ними не получится: стоят они дороже американских.

Цены на ДНК-тесты

Все указанные в таблице компании предоставляют информацию о происхождении и почти все — о здоровье. Но вот сами по себе их отчеты сильно различаются. В одной лаборатории — например, Ancestry или TellmeGen — тест покажет только самую общую картину происхождения. А в другой лаборатории — например, 23AndMe — тест сможет определить даже области проживания ваших родственников. Впрочем,такая высокая точность не гарантирована: все зависит от того, сдавали ли эти родственники генетические тесты, чтобы попасть в общую базу.

Тесты с оценкой здоровья определяют предрасположенность к болезням — от пары десятков до нескольких сотен, — а также наличие дефектных генов. Эта информация будет полезна тем, кто собирается завести ребенка.

Пункт traits — «характерные черты» — включает в себя много данных, которые разнятся в зависимости от лаборатории. Так, 23AndMe расскажет о внешности: определит ваш предполагаемый цвет глаз, размер ушей, наличие ямочек на щеках, текстуру и толщину волос, склонность к появлению веснушек и мозолей. Она же проанализирует, насколько хорошо вы переносите кофеин и лактозу, насколько чувствительны к запахам и вкусам и склонны ли бояться высоты. Мужчины смогут узнать, ждет ли их облысение.

Тесты из лабораторий Ancestry и TellmeGen тоже оценивают внешность клиента с генетической точки зрения. Еще они определяют усвояемость некоторых витаминов и чувствительность к запахам. Российские тесты в компаниях «Атлас» и «Генотек» предлагают оценить генетическую предрасположенность к разным видам спорта, найдя общие с именитыми спортсменами гены.

Кроме указанных выше компаний, которые проводят подобные тесты, на рынке есть и другие: например, MyGenetics, Pharmazam, Living DNA. Я не включила их в таблицу, потому что какие-то из них слишком дорогие, а в других надо доплачивать за каждый нюанс и итоговая цена теста непонятна.

Я заказывала тест в лаборатории MyHeritage и дальше в статье буду рассказывать о нем.

Как заказать тест

Деньги с карточки банк снимет по текущему курсу. Можно воспользоваться валютной картой, тогда тест обойдется вам еще немного дешевле.

стоит доставка теста MyHeritage в Москву

Другой способ — заказать два или больше тестов, тогда доставка сразу будет бесплатной. Второй комплект можно продать или подарить.

Дело в том, что я заказала расширенный тест с информацией о происхождении и здоровье. А как выяснилось позже, данные о здоровье MyHeritage вам предоставит в любом случае и поместит их в файл с общими данными. Чтобы убедиться в этом, я провела эксперимент с файлом сырых данных моей подруги. Она оплатила тест только на происхождение, но в других лабораториях ей рассказали о здоровье в таком же объеме, как и мне. Полученный файл с сырыми данными можно расшифровать на других платформах, причем бесплатно или существенно дешевле, чем на родном сайте.

Пересылать тесты через посредников не запрещено ни их собственными правилами, ни законодательством, и желающие вовсю этим пользуются. Большинство тестов можно купить не только на официальном сайте, но и на «Амазоне» — и там на тесты могут быть скидки.

Правда, во всех случаях могут быть проблемы с пересылкой материалов обратно в американскую лабораторию. Об этом расскажу дальше в статье.

Как собрать материал

Моя посылка с тестом из Америки пришла за две недели. В белой картонной коробке была инструкция по сбору анализа, две маленькие пробирки с жидкостью, две палочки с ватками и коробочка с адресом для отправки теста обратно в Хьюстон, штат Техас.

Генетический материал для теста в лаборатории MyHeritage надо собирать с внутренней поверхности щек. Через полчаса после еды надо взять палочку из набора и 45 секунд поводить ею по поверхности щеки изнутри. После — отломить участок с ваткой по указанной линии, положить в пробирку и закрыть. А потом повторить всю процедуру со второй щекой.

В сборе материала нет ничего сложного. Один тест я сдала по всем правилам, на вторую палочку сильно нажала, и она сломалась по линии раньше, чем нужно. Но и это не доставило проблем: я аккуратно поместила сломанную палочку в пробирку и закрыла ее.

В других лабораториях генетический материал нужно собирать иными способами. Например, для проведения тестов в лабораториях 23AndMe и «Атлас» предлагают собрать в пробирку 2,5—3 мл своей слюны.

Как отправить материал в США

Собранный генетический материал надо отправить обратно в США в лабораторию для исследований. Тут возникает проблема: формально отправка биоматериала из России запрещена либо нужно получать специальное разрешение Росздравнадзора. То есть кровь или спинномозговую жидкость, не говоря уже о донорских органах, через таможню не провезти.

Пересылать запрещено «образцы биологических материалов человека» — в том числе и образцы клеток, тканей, биологических жидкостей человека, мазков, соскобов, смывов. Наказание — штраф от 1000 до 2500 Р и конфискация предметов административного правонарушения.

Я решила рискнуть. Вложила пробирки с ватными палочками в конверт из набора MyHeritage. Этот конверт положила в еще один — непромокаемый, который мне выдали на почте. Потом заполнила таможенную декларацию. В ней не стоит писать слов «биоматериал» и «генетический тест», чтобы не смущать сотрудников почты и таможни.

Я выбрала категорию «подарок» и написала «two plastic tubes»: мало ли кому в США я отправляю в подарок две пластиковые пробирки. Никаких вопросов не возникло.

я заплатила за отправку материалов в США

Результаты теста

Мой образец ДНК доставили из Москвы в Хьюстон за три недели. Пока он был в пути, на сайте MyHeritage мне предложили заполнить несколько анкет о здоровье — моем и ближайших родственников, но это было необязательно. Я заполнять не стала.

Через 10 дней после доставки теста в лабораторию мне пришло уведомление, что результаты готовы. С замиранием сердца я открыла результаты — и увидела, что я на 55,6% уроженка Восточной Европы и на 44,4% — прибалтка. В принципе, я и не ожидала никаких открытий, поскольку неплохо знакома со своим генеалогическим древом. Но все же мне показалось, что отчет был не очень-то информативным.

В базе данных компании MyHeritage прибалты — это одновременно и прибалты, и славяне

Интереснее оказались генетические совпадения с другими людьми. Система нашла нескольких моих четверо- и пятиюродных братьев и сестер, которых я знала и раньше, а также сотни совпадений с низкой достоверностью — их я проверять не стала. В каждом случае сайт предлагает связаться с человеком — и известно немало историй, когда люди таким образом находили реальных новых родственников. Но я не из их числа: не вижу смысла бросаться на шею возможной семиюродной сестре из США.

Закрываю страницу с анализом моего происхождения и перехожу к здоровью. Лаборатория проверила мою ДНК на 18 болезней, в том числе на болезнь Альцгеймера и рак молочной железы.

У меня обнаружился повышенный риск целиакии — это непереносимость глютена — и сердечно-сосудистых заболеваний. Остальные риски были в пределах или ниже нормы, что порадовало. К каждому пункту прилагалось довольно подробное описание на русском языке о дефектном гене и профилактике заболевания, если она возможна. Также мне сообщили, что я не носитель 18 генетических заболеваний, в том числе муковисцидоза и серповидноклеточной анемии, и это тоже было приятно.

Несмотря на все это, я по-прежнему считала, что мне предоставили слишком мало информации. Я скачала с сайта MyHeritage raw data — исходные данные о моей ДНК — и отправилась с ними на другие сайты, которые могут выдать дополнительную информацию для расшифровки генетических тестов.

Где еще можно расшифровать результаты теста

Многие генетические лаборатории рады новым данным, даже если не взяли с пользователя свою сотню долларов. Немало информации они предоставляют бесплатно или за совсем небольшую цену. Например, так делают сайты MyTrueAncestry, FamilyTreeDNA и GEDmatch.

Перед загрузкой сырых данных все сайты просят зарегистрироваться. Ничего особенного не спрашивают: имя, фамилия, электронная почта. Лучше не придумывать псевдоним, потому что на некоторых сайтах можно найти новых родственников — будет удобнее фигурировать под реальным именем. Большинство сайтов англоязычные.

Происхождение и родственники

MyTrueAncestry. Для желающих получить красивые картинки, рассказывающие о вашем происхождении бесплатно, есть сайт MyTrueAncestry. Строго говоря, без оплаты там дают только часть информации о предках, зато самую интересную.

Так, там есть наглядные карты, которые показывают, как ваши предки заселяли территорию начиная с эпохи неолита. Можно проверить, не приходитесь ли вы родственником венценосным особам, и узнать, к каким народам вы ближе всего по происхождению.

Источник

Криминалистика. Молекулярно-генетическая экспертиза

Автор

Редакторы

Рецензенты

Генетические технологии, ворвавшиеся в человеческую жизнь в конце прошлого столетия, изменили наш мир настолько, что без них его уже невозможно представить. Не обошло это «поветрие» и криминалистику, где уже десятки лет генетическая идентификация используется как быстрый и относительно дешевый метод, позволяющий находить преступников и раскрывать их деяния, не выходя из лаборатории. Новая статья из цикла о криминалистике познакомит читателей с классическими генетическими подходами в этой сфере и осветит перспективы их дальнейшего развития.

Криминалистика

Спецпроект посвящен криминалистике — науке, которая занимается расследованием преступлений.

В качестве рецензента этой статьи выступила Светлана Александровна Боринская — заведующая лабораторией анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, специалист в области исследования генома человека и популяционной генетики.

Спецпроект выполнен в сотрудничестве со Следственным комитетом Российской Федерации. Куратор спецпроекта — старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации Сергей Васильевич Кряжов. Вместе с ним эту статью рецензировала старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации Анна Игоревна Баранова.

Также в качестве рецензента мы пригласили Елену Клещенко — биолога, научного журналиста и писателя, заместителя главного редактора портала PCR.news, автора книги «ДНК и её человек».

В предыдущих статьях нашего спецпроекта мы рассказывали об истории возникновения криминалистики и ее развитии [1], а также о разнообразных видах криминалистических экспертиз [7]. А этот материал мы посвятим молекулярно-генетической экспертизе, в частности — такому ее разделу как ДНК-дактилоскопия или ДНК-идентификация. Мы поговорим об истории появления этой системы методов, изучим, как она работает и какие задачи решает. Также мы немного затронем тему ДНК-фенотипирования — восстановления облика человека с использованием ДНК.

Генетика и криминалистика: история синтеза, или Как стать рыцарем своей королевы

Первоначально работы с генетическим материалом проводили буквально на «коленке» и не всегда могли воспроизвести даже в соседней научной лаборатории. Но время шло, подходы менялись, а методы стандартизировались до такой степени, что постепенно внедрились в прикладные исследования и даже биотехнологические производства.

В 1984 году научное сообщество всколыхнула новость — ученым удалось выделить и прочитать фрагмент ДНК вымершей и сохранившейся лишь в музейных коллекциях бурчелловой зебры [5]. Годом позже шведский генетик Сванте Паэбо подтвердил возможность использования музейного и археологического материалов для фундаментальных научных исследований, впервые проанализировав генетический материал египетских мумий. Спустя годы выяснилось, что анализируемые им образцы были загрязнены современным генетическим материалом [6], однако развитие методов секвенирования все же позволило работать даже с минимальными количествами плохо сохранившейся ДНК.

С подробным рассказом о дактилоскопической, серологической и многих других видах экспертиз вы можете ознакомиться в предыдущей статье нашего спецпроекта «Криминалистика и судебные экспертизы: запутанная история» [7].

Рисунок 1. Сэр Алек Джеффрис — британский генетик, разработавший технику ДНК-дактилоскопии

В 1984 году британский ученый Алек Джеффрис (рис. 1) разработал и представил метод идентификации личности человека с использованием его генетического материала. В дальнейшем этот подход получил название ДНК-дактилоскопии (или ДНК-идентификации), завоевав любовь и уважение у криминалистов всего мира. Джеффрис же за свою работу был посвящен в рыцари.

ДНК-дактилоскопия: преимущества и недостатки генетических методов

Проведение генетического анализа полученных на месте преступления биологических образцов во многом упростило работу следователей. Они получили надежный инструмент, позволяющий идентифицировать преступника или его жертву, добывать неоспоримые улики и раскрывать преступления.

Главные преимущества генетической дактилоскопии — возможность работать даже с небольшими количествами биологического материала и высокая точность, позволяющая идентифицировать личность, — при условии соблюдения всех требований к анализу, включая повторные эксперименты, его достоверность превышает 99%. Этот подход стал одним из важнейших в расследовании преступлений [8].

Там, где не может справиться генетика, на помощь приходит эпигенетика! Использование эпигенетики в криминалистике позволяет решать некоторые задачи, недоступные «классической» генетике, в том числе возможность различения монозиготных близнецов. Подробнее об этом читайте в следующей статье нашего спецпроекта.

Для анализа ДНК в первую очередь нужна сама ДНК, но далеко не всегда получается извлечь качественный генетический материал из биологических образцов, подвергшихся воздействию химических и термических факторов. Попадая в окружающую среду, эта молекула вступает в химические реакции, разрушается (фрагментируется) и модифицируется, хотя в благоприятных условиях может сохраняться тысячелетиями [9]. Известно, что наиболее древний генетический материал предков человека удалось извлечь из костных останков наших человекообразных сородичей, обитавших на территории Пиренейского полуострова (Сьерра-де-Атапуэрка) около 430 тысяч лет назад [10]. Специфический микроклимат некоторых пещер с низкими показателями влажности и температуры значительно увеличивает время жизни генетического материала. Однако ДНК в обнаруженных на месте преступления образцах зачастую представлена в минимальных количествах и также, как и в археологических образцах, бывает сильно разрушена.

В Европе и Соединенных Штатах обращают внимание на еще один минус генетической дактилоскопии, связанный с вмешательством в личную жизнь человека и нарушением его приватности. Борцы за права человека опасаются, что генетическая информация преступников и лиц, подозреваемых в совершении преступлений, может попасть в третьи руки и затем использоваться ненадлежащим образом [11]. Например, уже известны случаи использования генетической информации для контроля над мусульманскими меньшинствами в китайской провинции Синьцзян [12]. США также планируют проводить систематический сбор профилей ДНК иммигрантов, находящихся под федеральным арестом [13]. Очевидно, что опасения борцов за права человека не беспочвенны и имеют под собой реальные основания.

ДНК-дактилоскопия: как это работает

В основе методов ДНК-дактилоскопии лежит генетическая изменчивость человека. Нуклеотидные замены в ДНК (в зависимости от частоты в популяции, их называют также ДНК-полиморфизмами, или мутациями) делают нас индивидуально различными. Причем эти отличия могут быть найдены как в ядерных, так и в митохондриальных геномах — небольших кольцевых молекулах ДНК, которые регулируют работу митохондрий, энергетических «фабрик» клеток.

Следует отметить, что ДНК-полиморфизмы можно обнаружить в геноме каждого из нас — именно они становятся нашим неповторимым ДНК-штрихкодом. Некоторые из них могут стать причиной серьезных заболеваний [14], но в большинстве случаев они никак не влияют на нашу жизнедеятельность.

Рубрика «Комментарий эксперта»

Молекулярно-генетическая экспертиза и расследование преступлений

Рассказывает Светлана Александровна Боринская, заведующая лабораторией анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН.

Подробнее об этих и других примерах расследований с помощью ДНК-экспертизы можно прочитать в 7 главе учебника «Криминалистика. Учебник для бакалавров», написанной Светланой Боринской, а также в научно-популярной книге «ДНК и ее человек» Елены Клещенко. — Ред.

Еще одним примером, когда генетический анализ вводил следствие в заблуждение, является известный случай «Фантома из Хайльбронна». В ходе расследования самых разнообразных и несвязанных с собой дел (ограблений, взломов, убийств и др.) в разных странах (Австрии, Германии и Франции) на месте преступления регулярно выявляли ДНК одной и той же женщины. Позднее установили, что носительница обнаруженной ДНК — упаковщица фабрики по производству ватных палочек, которые криминалисты использовали для сбора вещественных доказательств. Ватные палочки сопровождались спецификацией с указанием об их стерильности (то есть отсутствии на них живых микроорганизмов), однако информации о том, что они не загрязнены чужеродной ДНК и могут использоваться для сбора криминалистических образцов, не было.

Современные методы ДНК-дактилоскопии используют разнообразные генетические варианты в разных участках генома. Например, анализ тандемных повторов — коротких повторяющихся последовательностей генома, количество которых различается у двух случайно взятых людей [1], [15], — позволяет четко проводить тест на отцовство или находить дополнительные улики против подозреваемого в совершении преступления. По Y-хромосомным ДНК-маркерам можно определить пол человека. Генетические маркеры позволяют получать информацию об этнической принадлежности родственников индивидуума, его цвете глаз или волос. Более того, эпигенетическая информация (например, метилирование ДНК) дает возможность оценить биологический возраст отдельных клеток, тканей и организма в целом [16]. В этой статье мы подробнее поговорим о вышеперечисленных методах генетического анализа. А использованию эпигенетики в криминалистике будет посвящена следующая статья нашего спецпроекта.

Эффект C.S.I.

Новые методы ДНК-идентификации произвели настоящий фурор в криминалистике, что привело к ложному представлению об их непогрешимости. А хвалебные публикации в СМИ о работе сыщиков, популярные ток-шоу и мыльные оперы только подлили масла в огонь. Несмотря на критику специалистов, телесериал о группе криминалистов во главе с капитаном Гриссомом «C.S.I.: Место преступления» выдержал 15 сезонов, создав так называемый CSI-эффект. Люди поверили в методы ДНК-дактилоскопии настолько, что для обывателя они превратились в единственно возможное доказательство. Важно отметить, что, несмотря на высокую точность, эти методы имеют право на ошибку, и их результаты — лишь один из множества способов доказательства вины (или невиновности), которые могут быть приняты во внимание судьей или коллегией присяжных в ходе вынесения приговора.

Сбор и выделение ДНК из биологического материала

Выделение и анализ ДНК из криминалистических образцов на первый взгляд сопоставимы с искусством. Иногда невозможно представить себе, что несколько капель крови или частички кожи под ногтями жертвы могут стать важнейшей уликой при расследовании уголовного дела. На самом деле действия криминалистов на месте преступления отточены и проходят по единому сценарию, одна из основных целей которого — поиск биологического материала, пригодного для выделения (экстракции) ДНК. Для этого могут использоваться любые биологические ткани и выделения человека: костные останки, зубы, волосяные луковицы, кровь, эпителиальные клетки, пот, слюна, образцы спермы, экскременты и т.д.

Биоматериал на вещдоках может сохраняться десятилетиями. Зачастую для исследования эксперт отбирает только часть материала — столько, сколько ему нужно для выделения ДНК. Например, при наличии на ноже следов крови, эксперт не смывает всю кровь, а делает небольшой смыв непосредственно перед выделением ДНК. При этом на ноже остаются следы, по которым через несколько десятков лет удается провести повторную экспертизу.

В клеточном ядре ДНК находится в тесном контакте с многочисленными органическими молекулами, необходимыми для ее эффективного функционирования. Однако для проведения генетического анализа из исследуемого образца должны быть удалены углеводы, липиды и белки, которые могут снижать эффективность применяемых методов и, как следствие, влиять на раскрываемость преступлений.

Выделение ДНК занимает немного времени благодаря разнообразным коммерческим наборам и системам, специально разработанным для экстракции нуклеиновых кислот (например, AutoMate Express DNA Extraction System от Thermo Fisher Scientific). Кроме того, в крупных криминалистических центрах с тысячами анализов в день этот процесс полностью автоматизирован и проводится при участии роботов под надзором оператора. К слову, роботизированные системы получили широкое применение не только в криминалистических лабораториях, но и во многих медицинских и биотехнологических центрах, позволяя ускорить процесс, снизить себестоимость работ и значительно снизить вероятность ошибки.

После экстракции ДНК растворяют в специальном составе, где при необходимости она может храниться в течение многих лет (при температуре −20 °C или −80 °C).

Генетический анализ

Сразу после экстракции ДНК перед специалистом встает вопрос о дальнейших путях ее анализа. С момента внедрения ДНК-идентификации в криминалистику методы молекулярной биологии изменились настолько, что существует сразу несколько возможных их вариантов. Наш дальнейший рассказ будет освещать разнообразные техники анализа ДНК, которые эксперты-криминалисты используют в своей практике.

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (RFLP-анализ)

RFLP-анализ — исторически один из первых методов для ДНК-идентификации. Он основан на использовании специальных клеточных ферментов — рестриктаз. Рестриктазы могут распознавать некоторые участки на молекуле нуклеиновой кислоты и разрезать ее по этим участкам [3]. К настоящему времени описано несколько тысяч подобных ферментов. После разрезания молекулы ДНК рестриктазами проводится оценка длин полученных фрагментов, с использованием гель-электрофореза (рис. 2).

Рисунок 2а. Схема RFLP-анализа. а — Нанесение нарезанных рестриктазами ДНК-образцов в лунки геля. б — Электрофорез фрагментов ДНК (фрагменты меньшей длины мигрируют с большей скоростью в электрическом поле и наоборот).

изображения предоставлены автором статьи

Рисунок 2б. Схема RFLP-анализа. Результаты RFLP-анализа ДНК шестерых человек. Как видно из иллюстрации, каждый человек обладает уникальным рестрикционным «рисунком», что помогает в идентификации личности.

Поскольку не существует полностью идентичных человеческих геномов (кроме однояйцевых близнецов), разница или сходство в получаемых профилях длин ДНК-фрагментов может быть неплохим маркером как для идентификации личности, так и для определения родства. Однако данный метод подразумевает фрагментацию ДНК, и потому он чувствителен к качеству и количеству исходного генетического материала. Поэтому в настоящее время RFLP-анализ практически не используется — в отличие от других методов, речь о которых пойдет ниже.

Анализ числа тандемных повторов в геноме

Тандемные повторы — это повторяющиеся друг за другом копии одной и той же короткой последовательности ДНК [15]. Повторы, которые представляют интерес для криминалистов, включают в себя локусы с варьирующим числом тандемных повторов (variable number of tandem repeat locus, VNTR) и короткие тандемные повторы (short tandem repeats, STR). Также их называют мини- и микросателлитами, соответственно.

VNTR имеют длину от шести до сотни нуклеотидов; участки генома, где они расположены, могут достигать длины в несколько тысяч нуклеотидов. В последнее время VNTR в криминалистике практически не используются. Золотым стандартом ДНК-дактилоскопии сегодня считаются короткие тандемные повторы (STR).

Об анализе коротких тандемных повторов мы уже рассказывали в первой [1] и второй [7] статьях нашего спецпроекта. Здесь же мы напомним, что суть данного метода заключается в амплификации методом ПЦР участков ДНК, содержащих эти короткие повторяющиеся последовательности, длина которых различна у двух случайно взятых людей [4]. После амплификации длину полученных фрагментов оценивают с помощью гель-электрофореза или капиллярного электрофореза. Для этих целей можно использовать набор Quantifiler™ Trio DNA Quantification Kit и систему QuantStudio 5 от Termo Fisher Scientific. QuantStudio 5 — это зарегистрированный в России компактный, настольный прибор, обладающий широкими возможностями.

Как и в случае с предыдущим методом, главным идентифицирующим фактором STR-анализа служит длина полученных фрагментов, которая уникальна для каждого человека и зависит от числа повторов в анализируемом участке. STR-анализ отличается высокой точностью и скоростью, а также низкой ценой. Важным условием для анализа выступает качество генетического материала.

Система RapidHIT ID: генетические профили высокого качества за 90 минут

Компактная и простая в использовании система Applied Biosystems™ RapidHIT™ ID является идеальной платформой для получения генетических профилей высокого качества из криминалистических образцов (рис. 3). Требуется всего несколько минут ручной работы для подготовки к запуску этой автоматизированной системы с целью получения STR-профиля в лаборатории или в полевых условиях. В сочетании с программным обеспечением Applied Biosystems™ RapidLINK™, система обеспечивает полный контроль результатов ДНК с помощью мощных приложений для поиска совпадений в базе, обнаружения и проверки родственных связей анализируемых образцов и исключает контаминации персоналом.

Преимущества экспресс-анализа ДНК в поле или в лаборатории:

Просто вставьте картридж с образцом и получите результат по ДНК за 90 минут!

Рисунок 3. Система RapidHIT ID для быстрого STR-анализа

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

STR-анализ появился в практической криминалистике почти двадцать лет назад, но и по сей день остается основным методом идентификации личности. Результаты анализа ДНK подозреваемых и преступников — генетические профили — криминалисты заносят в специальные базы данных. Поэтому при обнаружении на месте преступления биологических следов, из которых удается выделить ДНК, стало возможным идентифицировать всех людей, уже попадавших в поле зрения правоохранительных органов. Эти же маркеры используются для поиска пропавших без вести людей и для установления отцовства.

Рубрика «Комментарий эксперта»

Криминалистические базы данных геномной информации

Рассказывает Сергей Васильевич Кряжов, старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации.

Молекулярно-генетическая экспертиза может предоставить неопровержимые свидетельства происхождения биологических следов, обнаруженных на месте преступления, от конкретного лица, но только в том случае, если это лицо известно и образец его биоматериала представлен для сравнительного исследования. Если же по уголовному делу нет подозреваемого лица, то для идентификации преступника у экспертов-генетиков имеется еще один мощный инструмент — криминалистическая база данных геномной информации.

Криминалистический учет данных ДНК позволяет существенно расширить возможности использования результатов экспертиз. Кроме идентификации лиц, оставивших биоматериал на месте преступления, с его помощью также возможно устанавливать факты принадлежности одному и тому же неизвестному лицу биологических следов, изъятых по нескольким преступлениям.

Каждая страна, развивающая судебную генетику, имеет свою собственную национальную базу данных. В России это федеральная база данных геномной информации. Ее функционирование регулируется Федеральным законом от 03.12.2008 №242-ФЗ «О государственной геномной регистрации в Российской Федерации».

Для работы базы данных используются результаты, полученные при анализе STR-локусов. Отчасти это является одним из факторов, препятствующих быстрому повсеместному внедрению в криминалистическую практику других методов исследования (например, анализа SNP-маркеров), поскольку в большинстве стран накопились большие массивы данных, которые могут стать бесполезными при переходе на новую технологию.

Результаты исследования STR-локусов легко переводятся в «цифровой» формат, поэтому очень удобны для организации ведения базы данных: каждый локус ДНК одного человека представляет собой два числа — количество повторяющихся элементов в этом локусе на каждой из гомологичных хромосом (в неполовых клетках человека двойной набор хромосом). Например, обозначение «D3S1358 — 15, 16» означает, что в локусе с названием D3S1358 выявлено два аллеля — с 15-ю и с 16-ю повторяющимися элементами (табл. 1).

Помимо поиска полных совпадений двух генотипов, генетические базы данных используют для поиска родственников проверяемого лица по типу «родитель—ребенок» (при установлении личности неопознанных трупов и розыске пропавших без вести лиц), а также поиск лиц, биологический материал которых мог бы являться частью проверяемых смешанных следов, произошедших от двух и более лиц. В таблице 1 представлен пример такого совпадения. Проверяемый генотип содержит до четырех аллелей в локусе. Это означает, что след содержит биологический материал как минимум двух лиц. При проверке по базе обнаружен генотип, который по всем исследованным локусам подходит, как один из компонентов многоаллельного профиля смешанного следа (генетические признаки этого лица выделены в генотипе смешанного следа красным цветом).

Как правило, системы, разработанные для идентификации личности, позволяют анализировать сразу несколько локусов генома (10–24), включая ген белка амелогенина, по которому определяют пол. Ген амелогенина есть и на X-хромосоме, и на Y-хромосоме, но различается размером, что позволяет установить пол человека.

Наборы для идентификации личности от Thermo Fisher Scientific

Некоторые из наиболее популярных наборов анализа STR, используемых в судебно-медицинских лабораториях для идентификации личности, производит компания Thermo Fisher Scientific и с 2018 года выпускает в Российской Федерации на своем предприятии в Санкт-Петербурге (рис. 4).

Рисунок 4. Наборы анализа STR для идентификации личности от Thermo Fisher Scientific

Подробнее ознакомиться со списком анализируемых локусов для каждого набора вы можете, пройдя по соответствующим гиперссылкам.

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

ДНК-полиморфизмы, анализ Y-хромосомы и митохондриальной ДНК

Кроме тандемных повторов при анализе ДНК используют так называемые однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphism, SNP). Это замены одного нуклеотида на другой, которые когда-то появились в результате мутаций, а потом распространились в популяциях человека. Современные методы анализа ДНК позволяют легко выявлять их. SNP есть и в ядерной ДНК, и в митохондриальной. По SNP можно построить «родословные» для каждого фрагмента генома. Из-за рекомбинации — обмена частями хромосом при образовании половых клеток — эти родословные получаются очень сложными. Подробнее об однонуклеотидных полиморфизмах вы можете прочитать в предыдущих статьях нашего спецпроекта: «Наука на службе закона: криминалистика» [1] и «Криминалистика и судебные экспертизы: запутанная история» [7].

Однако есть два компонента генома человека, которые рекомбинации не подвержены. Это Y-хромосома, определяющая мужской пол, и митохондриальная ДНК. Y-хромосома наследуется сыновьями от своих отцов, и выявленные в ней полиморфные локусы (SNP и STR) используют для построения родословной по мужской линии. Митохондриальная ДНК передается только по материнской линии и позволяет оценить родство между женщиной и ее потомками по женской линии — как женщинами, так и мужчинами. Но мужчины свою митохондриальную ДНК детям не передают, поэтому «женская линия» родословной на них обрывается.

Митохондриальная ДНК не так часто используется в криминалистике, но в некоторых случаях она имеет неоспоримые преимущества — например, при работе с плохо сохранившимися образцами, а также в тех случаях, когда необходимо установить родство по материнской линии. Она содержится в клетке в большом количестве копий, от десятков до тысяч, поэтому даже при разрушении ДНК ее все еще можно выделить и проанализировать. По сути, именно митохондриальная ДНК позволила предположить, что останки, найденные в начале 1990-х годов под Екатеринбургом, принадлежат членам царской семьи (подробности этой истории — ниже).

Кроме того, фрагменты митохондриальных генов цитохромоксидазы I (COI) [17] и цитохрома b (CYTB) [18] широко используются в проектах, связанных с ДНК-баркодированием животных — определением их видовой и даже внутривидовой принадлежности.

Из-за разнообразных мутаций геномы различных видов значительно изменились в процессе эволюции. Некоторые мутации вредны и зачастую отфильтровываются естественным отбором. Подавляющее большинство — нейтральны. Есть мутации, имеющие положительный эффект: они позволяют биологическому виду приобрести различные адаптации и завоевать экологические ниши. ДНК-различия между видами позволили разработать специальные тест-системы для их идентификации.

Секвенирование по Сэнгеру

Секвенирование ДНК — это группа методов, позволяющих прочитывать последовательность нуклеотидов. Своим появлением метод секвенирования по Сэнгеру во многом обязан британскому биофизику Фредерику Сэнгеру, который получил сразу две Нобелевские премии по химии [19]. Одна из этих престижных научных наград нашла его как раз за разработку метода считывания нуклеотидных последовательностей (ДНК и РНК), ныне известного как секвенирование [2]. Метод получил настолько широкое распространение и общемировое признание, что до сих пор используется как в фундаментальной науке, так и в самых различных наукоемких отраслях промышленности. Не смогла обойтись без этого типа анализа и криминалистика.

Сэнгеровское секвенирование

Этот вид секвенирования включает в себя две основные стадии — полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и анализ флуоресценции меченных нуклеотидов.

Для проведения ПЦР нужны ДНК, фермент ДНК-полимераза, олигонуклеотидные праймеры (своеобразные затравки для полимеразы) и смесь дезоксинуклеотидов (dNTPs) (А, Т, G, С), а также один модифицированный флуоресцентно-меченный дидеоксинуклеотид (ddNTs) (например, C), добавляемый в меньшей концентрации. В параллельных реакциях используются другие модифицированные дидеоксинуклеотиды (например, А, Т, G). В ходе полимеразной цепной реакции ДНК-полимераза монотонно копирует интересующий криминалиста ген (участок ДНК), составляя из находящихся в реакционном растворе нуклеотидов-кирпичиков дочернюю молекулу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ей не попадается «испорченный» дидеоксинуклеотид, на котором синтез прекращается. На втором этапе — детекции флуоресценции «испорченных» нуклеотидов — удается восстановить полную последовательность. Для этого проводится капиллярный электрофорез, в ходе которого считывается флуоресценция, а специальная программа восстанавливает последовательность. Подробности можно посмотреть в нашей статье «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот» [2].

Сэнгеровское секвенирование редко используется для идентификации личности или определения отцовства. В настоящее время этот метод используется для анализа митохондриальной ДНК и, соответственно, установления родства по женской линии. Также с его помощью можно определить видовую принадлежность материала, например, вид осетровых, икру которых правоохранительные органы регулярно изымают из оборота. Если исследование покажет, что черная икра принадлежит, например, амурскому осетру или калуге, то вывод будет только один — такая икра добыта браконьерами. Ведь с 1998 года Международной конвенцией по торговле видами дикой фауны и флоры осетровые рыбы внесены в список видов, подвергающихся угрозе, — поэтому в России вылов этих рыб запрещен [20]. Поскольку и в аквакультуре данные виды рыб не выращиваются, то единственный способ получения такой икры — незаконный. Также существуют гибриды между калугой и осетром, которые как раз выращиваются на легальных «рыбных фермах». Для различения такого вида рыбы, полученного в условиях аквакультуры, и его дикого сородича применяют анализ STR-маркеров, о котором мы писали выше.

Приборы, позволяющие проводить секвенирование по Сэнгеру, также применяют для визуализации и последующего анализа результатов фрагментного анализа (RFLP- и STR-анализы), о которых мы писали ранее.

Секвенирование по Сэнгеру с помощью прибора SeqStudio от Thermo Fisher Scientific

Генетический анализатор SeqStudio для идентификации личности компании Applied Biosystems представляет собой четырехкапиллярную, простую в использовании и удобную настольную систему, которая обеспечивает анализ фрагментов STR по золотому стандарту и определение генетической последовательности по Сэнгеру всего одним щелчком мыши (рис. 5). Универсальный картридж содержит полимер, анодный буфер, систему доставки полимера и четырехкапиллярный массив, что создает уникальную функциональность секвенатора и сокращает время подготовки и обслуживания прибора. Благодаря картриджу время жизни реагентов в приборе — до 6 месяцев или 250 запусков (

1000 образцов). Прибор легко может использоваться несколькими операторами для широкого спектра приложений. Получите ответы, которым вы доверяете, с качественными данными, обслуживанием и поддержкой, которые вы ожидаете, от приборов Applied Biosystems.

Рисунок 5. Генетический анализатор SeqStudio от Applied Biosystems

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

Высокопроизводительное секвенирование (NGS)

Появление и развитие методов современного высокопроизводительного секвенирования ДНК (next-generation sequencing, NGS) способствовало значительному прогрессу в геномике и молекулярной биологии. Эти обладающие высокой пропускной способностью технологии (миллионы молекул ДНК за один запуск) и низкой себестоимостью в пересчете на один прочитанный нуклеотид быстро развивались в последние годы и стали важным аналитическим инструментом в геномных исследованиях. К настоящему времени их применение стало рутинной процедурой, которая внедряется во многих сферах деятельности, в том числе и в криминалистике. Преимущество этих методов состоит в том, что, в отличие от ранее описанных методов RFLP- и STR-анализов, размер анализируемых фрагментов ДНК может составлять несколько десятков нуклеотидов, что позволяет работать с сильно деградировавшим биологическим материалом, подвергшимся воздействию термических, химических и прочих факторов. Именно эти методы генетического анализа существенно продвинули современную палеогенетику, позволив восстановить геномы неандертальца, денисовского человека или шерстистого мамонта, обитавших на нашей планете десятки тысяч лет назад [9]. Эти же подходы наиболее эффективны в работе со сложными криминалистическими образцами, позволяя воссоздать генотип и подтвердить наличие на вещественных доказательствах биологического материала преступника или жертвы.

За последние полтора десятка лет коммерческие компании предложили сразу несколько методов высокопроизводительного секвенирования. Некоторые из них — пиросеквенирование от компании Roche или классическое лигазное секвенирование — ушли в историю [2], другие сохранились и продолжают модифицироваться. Здесь мы рассмотрим только те технологии, которые остаются актуальными для криминалистических исследований в 2020 году.

Полупроводниковое секвенирование и секвенирование на молекулярных кластерах

Оба вида анализа начинаются с фрагментирования выделенной из криминалистического образца ДНК (если это необходимо). Затем к ДНК-фрагментам ферментативно «пришиваются» специфические ДНК-адаптеры, необходимые для амплификации и последующего секвенирования. В ходе полупроводникового секвенирования прибор идентифицирует ионы водорода, которые выделяются во время полимеризации ДНК.

При секвенировании на молекулярных кластерах происходит амплификация библиотеки ДНК-фрагментов и их иммобилизация на поверхности специальной проточной ячейки, на которой проводится циклический процесс секвенирования. Сам процесс секвенирования при некотором приближении походит на секвенирование по Сэнгеру, только позволяет считывать последовательность миллионов молекул за один запуск прибора. В реакционной смеси кроме иммобилизированных ДНК-фрагментов присутствуют ДНК-полимераза, обычные дезоксинуклеотиды (A,T, G, C), а также флуоресцентно меченые, модифицированные дезоксинуклеозидтрифосфаты, терминирующие реакцию. После их включения в синтезируемую цепь ДНК и остановки реакции их флуоресценцию считывают с помощью ПЗС-матрицы, а затем ферментативно отщепляют флуоресцентную краску и терминирующую группу, переходя к следующему циклу.

Благодаря использованию технологий высокопроизводительного секвенирования криминалистика получила эффективный инструмент, который открыл новые возможности для одновременного анализа многочисленных участков (локусов) ядерного и митохондриального геномов. Важным плюсом этих методов является возможность отличать даже однояйцевых близнецов (по соматическим мутациям), что невозможно при проведении RFLP- или STR-анализов.

ДНК-дактилоскопия: от теории к практике

Все озвученные выше методы ежедневно демонстрируют свою эффективность в раскрытии преступлений, и в том числе позволяют раскрыть некоторые исторические загадки.

Пожалуй, самое интересное исследование с использованием методов ДНК-дактилоскопии провела группа ведущего российского генетика Евгения Рогаева (рис. 6).

Рисунок 6. Исследование под руководством Евгения Рогаева позволило установить принадлежность к царской семье обнаруженных под Екатеринбургом останков

В начале 1990-х годов в окрестностях Екатеринбурга нашли захоронение людей, которые, исходя из предварительного анализа, являлись членами царской семьи. Это предположение вызвало бурные споры, поскольку останки двух детей последнего русского царя не были идентифицированы. В 2007 году неподалеку от первого захоронения обнаружили обгоревшие останки еще двух человек — мальчика и молодой женщины (рис. 7).

Рисунок 7. В 1991 году обнаружили захоронение членов царской семьи

Повторный анализ костных останков из первого и второго захоронений отбросил все сомнения — ученые подтвердили, что они принадлежат членам царской семьи [22], [23]. В ходе исследования ученые не только сравнили образцы между собой, но и оценили генетический материал, полученный из пятна крови на рубашке Николая II, хранящейся в Эрмитаже. Более того, провели сравнение результатов ДНК-экспертизы останков и ныне живущих потомков рода Романовых и королевы Виктории, бабушки императрицы Александры. По всем генетическим системам родство подтвердилось.

В ходе исследования царских останков ученые проводили генетический анализ деградированной ДНК, анализировали митохондриальный геном и ядерные STR-маркеры, проводили поиск мутаций в генах факторов свертываемости крови (поскольку царевич Алексей страдал гемофилией). Подробно ознакомиться со всеми подходами и видами анализов ДНК, которые использовались в этом исследовании, можно в статье, опубликованной в журнале Acta Naturae [23]. Мы же чуть подробнее остановимся на интересном факте, который был обнаружен при проведении митохондриального анализа.

В результате проведенных исследований подтвердилась выявленная в останках Николая II гетероплазмия (различия в последовательности) митохондриальной ДНК. Гетероплазмия — относительно редкое явление, которое подразумевает наличие сразу двух типов митохондриальных геномов у человека. Обычно ее появление связано с мутациями в митохондриальной ДНК, происходящими на разных стадиях созревания ооцитов. В этом случае в яйцеклетке содержится «старая» версия митохондриальной ДНК и «новая», мутантная, и дети получают оба варианта. Именно это при первом исследовании останков в 1990-х годах и обнаружил эксперт Павел Иванов у Николая II и его брата Георгия — в части их молекул митохондриальной ДНК, которые они получили от своей матери Марии Федоровны, в позиции 16169 выявлен нуклеотид С, в другой части в этой же позиции стоит Т. Две версии митохондриальной ДНК «держатся» не очень долго — показано, что за два-три поколения одна из них у потомков теряется. Как показало исследование Евгения Рогаева, это и произошло у потомков сестер Николая II — у сына его сестры Ольги в этой позиции выявлен С, а у правнучки Ксении — Т (рис. 8) [23].

Рисунок 8. Анализ гетероплазмии в митохондриальных (материнских) линиях императора Николая II. Редкая гетероплазмия в позиции 16169 мтДНК послужила дополнительным доказательством того, что останки действительно являются останками Николая II.

В 2017 году методы ДНК-дактилоскопии использовали в судебных слушаниях о наследстве известного испанского художника-сюрреалиста Сальвадора Дали (1904–1989 гг.). Мария Пилар Абель Мартинес утверждала, что приходится внебрачной дочерью живописцу, рассчитывая на наследство, которое он завещал Испании. По требованию суда была проведена эксгумация тела Дали, и генетический анализ наглядно продемонстрировал беспочвенность требований женщины [24].

Рубрика «Комментарий эксперта»

Идентификация останков французского генерала

Рассказывает Сергей Васильевич Кряжов, старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации.

Еще одна историческая сенсация произошла в конце 2019 года. На месте археологических раскопок близ Королевского бастиона города Смоленска обнаружили фрагменты деревянного гроба, в котором находились останки мужчины 40–45 лет без нижней половины левой ноги и знаков различия (рис. 9).

Согласно историческим свидетельствам, в августе 1812 года в бастионе крепостной стены города Смоленска был похоронен близкий соратник французского императора Наполеона — генерал Сезар Шарль Этьен Гюден де ла Саблонньер (1768–1812 гг.). В ходе сражения при Валутиной Горе генерал лишился ноги (ее оторвало пушечным ядром), от развившейся гангрены через несколько дней он скончался. Долгое время точное местонахождение захоронения оставалось неизвестным.

По всем косвенным признакам обнаруженные в ходе раскопок останки принадлежали генералу Гюдену. Для их точной идентификации понадобилось молекулярно-генетическое исследование, для проведения которого археологи обратились за помощью к криминалистам.

Российские эксперты-генетики провели исследование предоставленных образцов (зубов) и по аутосомным STR-локусам и локусам Y-хромосомы установили генетические признаки лица, останки которого были обнаружены в месте захоронения. Для проведения опосредованного сравнительного исследования французская сторона предоставила образцы костной ткани близких родственников генерала Гюдена, захороненных в фамильном склепе, — родителей, сына и брата [25].

Проведенное исследование показало, что обнаруженные останки действительно принадлежат генералу Гюдену, что позже также подтвердило независимое исследование французских специалистов.

Рисунок 9. Останки французского генерала Шарля Этьена Гюдена. Эталонами при сравнительном исследовании были эксгумированные останки его родственников. Использование аутосомных STR-маркеров и маркеров Y-хромосомы позволило с точностью идентифицировать останки.

ДНК-дактилоскопия: другие применения

Кроме идентификации человека ДНК-дактилоскопия находит применение во многих других аспектах криминалистических исследований. К ним относятся идентификация видов животных, растений и даже микроорганизмов.

Видовая идентификация является одним из важнейших компонентов в судебной практике. В некоторых случаях ДНК-дактилоскопия используется при расследовании преступлений, связанных с браконьерством или торговлей исчезающими видами [26]. Кроме того, она применяется в расследовании крупных мошеннических схем в пищевой промышленности, например, для оценки видов, присутствующих в мясных или рыбных продуктах. С целью экономии некоторые недобросовестные производители могут добавлять в свою продукцию более дешевые виды мяса, рыбы [27] или заменять животные белки растительными.

Немаловажным направлением криминалистических исследований может стать и анализ микробиоты. Дело в том, что многие бактерии являются хорошей уликой для следствия: состав бактериальных сообществ носового платка, забытого на месте преступления, может много рассказать о его владельце, включая его диету и список сопутствующих заболеваний [29]. Комок грязи, упавший с подкрылка автомобиля, может нести информацию о последнем маршруте транспортного средства. Бактериальный состав лесных, луговых, глинистых или песчаных типов грунта значительно различается и поэтому может стать не менее эффективной уликой, чем определение местоположения по активности мобильного телефона.

ДНК-фенотипирование: восстановление облика по ДНК

Стремительно развивающиеся новые технологии ДНК-дактилоскопии позволяют быстро и эффективно идентифицировать криминалистический материал. Развитие геномики, физической антропологии, методов магнитно-резонансной и компьютерной томографии, 3D-моделирования, а также нейросетевых алгоритмов сделали возможным восстановление облика человека по его биологическому материалу (рис. 10).

Рисунок 10. Результат работы системы HIrisPlex, которая восстанавливает предполагаемый цвет глаз и волос человека на основе генетического анализа 24 SNP-маркеров. Следует знать, что развитие технологий не стоит на месте, и современные методы ДНК-фенотипирования позволяют оценить не только цвет волос или глаз, но и форму черепа, а также другие антропологические признаки.

Несмотря на то, что нейросетевые алгоритмы были предложены еще в ‘50-х годах прошлого столетия, до последнего времени их потенциал не был полностью раскрыт. Однако появление больших объемов данных и повышение скорости вычислений, позволившее использовать нейросети с большим количеством слоев, привело к качественному скачку их эффективности.

В 2012 году применение нейросетевого подхода снизило ошибку классификации изображений более чем на 10%, и уже к 2015 году нейросети превзошли человека в данной задаче. В это же время алгоритмы искусственных нейронных сетей получили широкое распространение в распознавании речи. Многослойные архитектуры получили название глубоких нейронных сетей, а за их использованием закрепился термин «глубокое обучение».

Сегодня обучение глубоких нейронных сетей является наиболее бурно развивающимся направлением в областях машинного обучения и искусственного интеллекта [30]. В последнее время наблюдается бурный рост методов применения глубоких нейронных сетей как в создании фотореалистичных изображений, так и в геномных исследованиях, что является крайне актуальным для криминалистики.

Развитие технологий считывания геномных данных, методов антропологического анализа, компьютерного 3D-моделирования, биоинформатических методов и нейросетевых алгоритмов позволяет обрабатывать значительные массивы геномной и антропологической информации и связывать ее, используя нейронные сети.

Прогнозирование фенотипа (внешнего облика) человека, используя его генетическую информацию, активно развивается и уже успешно применяется правоохранительными органами Соединенных Штатов.

После многочисленных этапов обучения нейронная сеть стала предсказывать не только этническую принадлежность или морфологические признаки (цвет глаз или цвет волос), но и воссоздавать облик человека по образцу ДНК, полученному с места преступления. Первоначально грубо, но в процессе продолжающегося самообучения, в том числе и положительного опыта криминалистической практики, эта технология эффективно участвует в воссоздании облика человека по оставленному им на месте преступления биологическому материалу.

Молекулярно-генетическая экспертиза — это крайне важный высокотехнологичный раздел криминалистики. Помимо того, что сегодня молекулярно-генетическая экспертиза является золотым стандартом криминалистики, она продолжает свое активное развитие как в виде самостоятельного направления, так и в синтезе с другими криминалистическими (и не только) дисциплинами. Благодаря работе экспертов-генетиков было и будет раскрыто еще множество дел и преступлений, а неизбежное совершенствование технологий открывает новые горизонты для использования молекулярной генетики в криминалистике.

О подходах и технологиях для анализа ДНК в криминалистике расскажут на конференции Human Identification Solutions (HIDS-2020)

24–25 июня состоится конференция, посвященная решениям в области идентификации личности — Human Identification Solutions (HIDS-2020).

В 2020 году конференция пройдет в виртуальном режиме. Можно будет онлайн прослушать доклады со всех уголков мира: от Лондона до Сан-Франциско, от Дели до Токио.

Регистрируйтесь, чтобы узнать о последних достижениях в области криминалистики!

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

Источник