ДНК-дактилоскопия

ДНК-дактилоскопи́я, или генети́ческая дактилоскопи́я, ДНК-тест, — система научных методов биологической идентификации индивидуумов (организмов) на основе уникальности последовательности нуклеотидов ДНК каждого живого существа, своеобразного «генетического отпечатка», остающегося индивидуальным и неизменным на протяжении всей жизни индивидуума (организма)DNA pioneer’s 'eureka' moment. It will be 25 years on Thursday since British scientist Professor Sir Alec Jeffreys discovered the DNA fingerprint. Claire Marshall joined him in his laboratory to talk about his breakthrough and the changes it has wrought over the last 25 years. «BBC-News» // news.bbc.co.uk (9 September 2009)Евгения Рябцева. ДНК в криминалистике и науке: геномная дактилоскопия, методы ДНК-типирования, ДНК-типирование в судебной медицине, установление отцовства, антропология, ресурсы живой природы. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» // cbio.ru (29 декабря 2006 года).

Метод открыт 10 сентября 1984 года британским генетиком Алеком Джеффрисом. Используется во всём мире преимущественно в криминалистике при проведении судебно-медицинских экспертиз для раскрытия самых разных преступлений, а также для установления родства и решения множества других задач, связанных с идентификацией личностиВидеорепортаж Антона Войцеховского. В 1984 году генетики обнаружили, что у каждой ДНК есть свои уникальные особенности. «Первый канал» // 1tv.ru (4 сентября 2009 года).

Сегодня ДНК-дактилоскопия проводится даже в портативных лабораториях, и десятки предприятий в мире выпускают оборудование для геномной идентификации личности30 лет назад была открыта уникальность ДНК — «генетические отпечатки». // calend.ru (3 сентября 2014 года).

История открытия Метод ДНК-идентификации человека (индивидуума или организма) по аналогии с методом идентификации по отпечаткам пальцев, подобно многим другим великим открытиям, родился благодаря случаю — как побочный результат другого исследованияМетоду ДНК-идентификации исполнилось 25 лет. Учёный, предложивший идентифицировать человека по ДНК — по аналогии с отпечатками пальцев, отметил 25-летие своего революционного открытия призывом изменить закон, регулирующий базы данных ДНК. // bbc.co.uk (9 сентября 2009 года).

10 сентября 1984 года британский генетик Алек Джеффрис в процессе изучения в лаборатории Университета города Лестера одного из новых методов отслеживания генетических отклонений в хромосомной ДНК рассматривал рентгеновские снимки ДНК и вдруг обнаружил, что цепочки ДНК разных людей имеют уникальные последовательности нуклеотидов.

Занимаясь анализом ДНК, кодирующей миоглобин, учёный обнаружил в геле (то есть в желатиновой матрице, где фрагменты ДНК перемещаются в электрическом поле со скоростью, зависящей от их размера) целое множество минисателлитов. Это выглядело странным, пусть даже большая часть генов и содержит «мусорные» фрагменты ДНК, которые не принимаются во внимание при его считывании РНК, переносчиком генетической информации от ДНК к месту синтеза белков. При ближайшем рассмотрении он осознал, что образцы ДНК разных людей содержат весьма отличные друг от друга минисателлитные последовательности. Джеффрис сразу понял, что это значит. Последовательности ДНК конкретного человека составляют его ДНК-профиль или «генетический паспорт», который можно использовать для безошибочной идентификации личности. Участки ДНК, которые он открыл, никогда не повторяютсяГенетика и криминалистика. Портал «Необычный» // unnatural.ru (24 января 2013 года).

Едва Джеффрис опубликовал результаты своего исследования, с ним тут же связались учёные из Министерства внутренних дел Великобритании: в открытии они увидели надёжный способ проверять, говорят ли правду иммигранты, заявляющие, что состоят в близком родстве с гражданином Великобритании.

Первым уголовным делом, в котором была применена генетическая экспертиза, стало дело об изнасиловании и убийстве двух девочек в ноябре 1983 года и в июле 1986 года. Новый метод сначала помог установить невиновность арестованного Ричарда Бакленда, а затем и изобличить настоящего убийцу — Колина Питчфорка.

Области применения Это открытие сначала, конечно, стали применять в криминалистике при проведении судебно-медицинских экспертиз для доказательства причастности или, наоборот, непричастности подозреваемых к преступлениям, в которых они обвинялись. К традиционной дактилоскопии — определению личности человека по отпечаткам пальцев — добавилась генетическая (геномная) дактилоскопия, то есть определение личности по: волосу (с корнем), слюне (например, на фильтре от сигареты), частице кожи, капельке крови, кости, зубу, то есть по любому биообъекту очень малого количества. Ведь в любом биоматериале человека есть ДНК. И, как установил Алек Джеффрис, по её особенностям можно идентифицировать людей. В ходе криминальных расследований начали сравнивать ДНК подозреваемых с ДНК, полученными из образцов волос, биологических жидкостей и кожи, обнаруженных на месте преступления.

Позже техника ДНК-дактилоскопии, открытая Алеком Джеффрисом, начала использоваться повсеместно для установления родства и решения множества других задач, связанных с идентификацией личности.

В настоящее время ДНК-типирование является одной из наиболее мощных и получивших широкое применение биотехнологических методик.

Оно используется для выявления малейших различий в составе образцов ДНК.

Для определения совместимости донора и реципиента при проведении трансплантации органов и тканей.

Выявление специфических микроорганизмов, отслеживания необходимых генов в процессе селекции растений.

установления отцовства.

Для идентификации останков людей (например, для установления личностей неизвестных погибших солдат или жертв катастроф).

Для регуляции размножения животных в условиях зоопарков.

Для быстрого диагностирования с высокой степенью точности таких заболеваний, как ВИЧ-инфекция и хламидиоз, выявления генов, определяющих предрасположенность индивидуума к различным формам рака и другим заболеваниям.

Только в 2008 году (то есть в течение одного года) во всём мире с помощью данной системы ДНК-идентификации было раскрыто 17614 преступлений, в том числе 83 убийства и 184 изнасилования.

Процесс ДНК-профилирования

Несмотря на то, что 99,9 % последовательностей ДНК человека совпадают по составу, ДНК разных людей достаточно индивидуальныUse of DNA in Identification // accessexcellence.org. В ДНК-профилировании анализируется количество повторяющихся элементов в выбранном участке генома. Повторяющийся элемент называется тандемным повтором, и его количество является вариабельным. Чем больше участков генома (или локусов) анализируется при составления ДНК-профиля, тем выше точность идентификации личности. В настоящее время число локусов для составления ДНК-профиля достигает 16 и болееСергей Петухов, Олеся Остафиева. Подозрительная ДНК. В городах-миллионниках всегда найдётся пара десятков мужчин, которых ДНК-экспертиза признает отцом вашего ребёнка. // weekly.ua (22 октября 2009 года).

Составление ДНК-профиля человека (ДНК-профилирование) не следует путать с полной расшифровкой его генома.

Процесс ДНК-профилирования начинается с подготовки образца ДНК индивидуума (обычно называемый «контрольным образцом»). Наиболее предпочтительным методом отбора эталонного образца является использование буккального (щёчного) мазка, так как при таком способе снижается вероятность его загрязнения. Если это не представляется возможным (например, если для такой процедуры требуется решение суда, которое отсутствует), можно воспользоваться другими методами для сбора образцов крови, слюны, спермы или других подходящих жидкостей либо тканей с личных вещей (например, с зубной щётки, бритвы и т. п.). Можно воспользоваться образцами из хранилищ (например, из банка спермы или из хранилища биопсии тканей). Образцы, полученные из крови биологических родственников, могут служить индикатором профиля индивидуума, равно как и человеческие останки, которые были ранее профилированы.

Контрольный образец затем анализируется для создания ДНК-профиля человека с помощью одного из методов, описанных ниже. После проведения анализа ДНК-профиль можно сравнить с другим образцом, чтобы определить, есть ли генетическое сходство.

В то же время сравнение образцов ДНК, особенно в криминальных расследованиях, может быть недостаточно объективным, особенно в случае, когда эксперты получают дополнительную информацию о подозреваемых.Subjectivity and bias in forensic DNA mixture interpretation / Science&Justice December 2011 Volume 51, Issue 4, Pages 204—208 doi:10.1016/j.scijus.2011.08.004

Методы ДНК-профилирования

ПДРФ-анализ

Первыми методами генетического анализа, использовавшимися для ДНК-профилирования, были распознавание эндонуклеазы рестрикции, а затем анализ Саузерн-блоттинг. Хотя в позициях расщепления эндонуклеазы рестрикции может проявляться полиморфизм, чаще всего именно энзимы и ДНК-пробы используются для анализа локусов тандемного повтора. Однако Саузерн-блоттинг является трудоёмким методом и требует большого количества образцов ДНК. Кроме того, оригинальная методика Карла Брауна просмотра многих локусов минисателлитов одновременно увеличивает наблюдаемую вариабельность, что создаёт трудности в различении отдельных аллелей и тем самым исключает этот метод для тестирования на отцовство. Эти ранние методы были вытеснены методами ПЦР-анализа.

ПЦР-анализ

С изобретением метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) ДНК-профилирование сделало огромный шаг вперёд как в отношении разрешающей способности, так и в возможности восстановления информации по очень малым (или деградирующим) образцам. ПЦР позволяет многократно амплифицировать участок ДНК, используя олигонуклеотидные праймеры и термостабильные ДНК-полимеразы. Первые методы анализа, такие как дот-блоттинг, были очень популярны благодаря своей простоте и скорости, с которой можно было получить результат. Однако они не обладали такой разрешающей способностью, как метод ПДРФ. Кроме того, было трудно определить ДНК-профили для смеси образцов, таких как вагинальный мазок у жертв сексуального насилия.

К счастью, метод ПЦР был легко адаптирован для анализа локусов тандемных повторов. В США ФБР стандартизировало набор из 13 тандемных повторов для ДНК-профилирования, а также организовало объединённую базу данных ДНК «Combined DNA Index System (CODIS)» для судебно-медицинской идентификации в уголовных делах. Подобные анализы и базы данных были созданы и в других странах. Кроме того, разработаны комплекты инструментальных средств, которые позволяют анализировать одиночный нуклеотидный полиморфизм (ОНП).

КТП-анализ

Метод ДНК-профилирования, используемый в настоящее время, основан на методе ПЦР и использует короткие тандемные повторы (КТП). В этом методе анализируются участки с высокой степенью полиморфизма, которые имеют короткие повторяющиеся последовательности ДНК (наиболее распространённым является 4 базовых повтора, но встречаются и другие длины повтора, в том числе 3 и 5 пар оснований). Поскольку разные люди имеют разное число повторяющихся звеньев, эти участки ДНК могут использоваться для установления различий между индивидуумами. К участкам генома, содержащим КТП, подбирают специфичные олигонуклеотидные праймеры, затем с помощью ПЦР амплифицируют соответствующие фрагменты ДНК. Эти фрагменты ДНК затем разделяются и распознаются с помощью электрофореза. Есть два распространённых метода разделения и распознавания: капиллярный электрофорез (КЭ) и гель-электрофорез.

Митохондриальный анализ