ДНК в криминалистике и науке
29.12.2006
13883
0
138830
Начало брошюры см. здесь.
Геномная дактилоскопия
Геномная дактилоскопия, или ДНК-типирование – это система идентификации, в основе которой лежит выявление генетических различий между индивидуумами или организмами. Каждое живое существо (за исключением однояйцовых близнецов) генетически уникально. Методики ДНК-типирования предназначены для выявления малейших генетических различий в последовательности чередования строительных блоков, из которых состоит ДНК. Эти блоки – нуклеотиды: аденин, тимин, цитозин и гуанин – обычно обозначаются как А, Т, С и G.
Иногда ДНК-типирование используется для сравнения нуклеотидных последовательностей ДНК двух индивидуумов с целью выявления их схожести. В других случаях ученые заинтересованы в выявлении схожести образца ДНК с заведомо известной последовательностью контрольного образца. На настоящий момент ДНК-типирование является одной из наиболее мощных и получивших широкое применение биотехнологических методик. Оно используется для выявления малейших различий в составе образцов ДНК, в том числе для определения совместимости донора и реципиента при проведении трансплантации органов и тканей, выявления специфических микроорганизмов, отслеживания необходимых генов в процессе селекции растений, установления отцовства, идентификации останков, регуляции размножения животных в условиях зоопарков.
Методы ДНК-типирования
Ученые разработали два подхода, позволяющие выявлять малейшие различия в генах. У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки и оба они используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, клинических центрах, судебной медицине и коммерческих лабораториях. Выбор метода зависит от решаемого вопроса, доступного количества ДНК, возможностей очистки образца, приемлемой стоимости и срочности. Иногда подходы комбинируются.
В одной из методик, получившей название рестрикционный анализ, используются естественные ферменты, разрезающие ДНК в строго фиксированных участках. Из-за различий в нуклеотидных последовательностях ферменты разрезают ДНК разных индивидуумов в разных местах. Получающиеся при этом отрезки ДНК имеют разные размеры и составляют ДНК-портрет или отпечаток, уникальный для каждого индивидуума. Сравнение наборов фрагментов ДНК предоставляет неоспоримое доказательство того, являются ли изучаемые образцы идентичными или нет.
Другой метод ДНК-типирования – полимеразная цепная реакция (ПЦР) – основан на использовании механизма, с помощью которого клетки осуществляют удвоение ДНК перед делением надвое. ПЦР обеспечивает получение тысяч копий специфических фрагментов ДНК в течение нескольких часов. Также как и рестрикционный анализ, ПЦР позволяет сравнивать образцы ДНК с целью выяснения их происхождения. Кроме того, с ее помощью можно выявлять наличие или отсутствие в образце специфичных фрагментов ДНК. Таким образом, ПЦР позволяет быстро и с высокой степенью точности диагностировать такие заболевания, как ВИЧ-инфекция и хламидиоз, выявлять гены, определяющие предрасположенность индивидуума к различным формам рака и другим заболеваниям, а также обеспечить лучшую защиту индивидуума от ВИЧ/СПИД.
Для успешного выявления минимальных различий в структуре молекул ДНК ученые должны обращать внимание на регионы ДНК, отличающиеся высокой степенью вариабельности. Это является одной из причин того, что зачастую предпочтение отдается митохондриальной, а не ядерной ДНК. Митохондриальная ДНК не только обладает большей степенью полиморфизма, чем ядерная, но и характеризуется уникальным методом наследования – практически вся митохондриальная ДНК достается организму от матери.
ДНК-типирование в судебной медицине
В ходе криминальных расследований ДНК, полученная из образцов волос, биологических жидкостей и кожи, обнаруженных на месте преступления, сравнивается с ДНК подозреваемых. Впервые ДНК-типирование было использовано с целью поддержания правопорядка в середине 1980-х в Великобритании и США. В настоящее время бОльшую часть работы по судебному ДНК-типированию для местных и государственных служб США выполняют лаборатории ФБР. Некоторые частные биотехнологические компании также оказывают услуги по геномной дактилоскопии.
Во многих штатах внедрение ДНК-типирования в практику судебной медицины получило позитивный отклик, так как с его помощью была доказана причастность большого количества заключенных к преступлениям, в которых они обвинялись. Оно также обеспечило реабилитацию ряда несправедливо обвиненных граждан.
Повсеместное внедрение ДНК-типирования в судебную практику привело к изданию некоторыми штатами законов, требующих обязательного проведения ДНК-типирования преступников, обвиняемых в сексуальных и других правонарушениях для последующего занесения информации в базы данных штатов. Высшие правоохранительные органы надеются со временем объединить базы данных ФБР и отдельных штатов с целью создания единой национальной базы, которая позволила бы за минимальные промежутки времени сравнивать генетический материал с места преступления с данными об известных нарушителях.
ДНК-типирование используется также для идентификации останков людей, например для установления личностей неизвестных солдат или жертв катастроф. Сейчас все американские военнослужащие сдают образцы ДНК в банк данных, что обеспечивает достоверное установление личности даже в случае утери металлического солдатского жетона с регистрационным номером.
Установление отцовства
Установление отцовства с помощью ДНК-типирования возможно благодаря тому, что половину генетического материла ребенок получает от своего биологического отца. При необходимости с помощью рестрикционного анализа проводится сравнение ДНК-отпечатков матери, ребенка и предполагаемого отца. Сначала из теста изымаются фрагменты ДНК ребенка, аналогичные материнским. После этого оставшиеся фрагменты, унаследованные от биологического отца, сравниваются с фрагментами ДНК предполагаемого отца.
Антропология
С помощью ДНК-типирования ученые пытаются составить из тысяч фрагментов «Свитков Мертвого моря» целые документы. Для этого с помощью ДНК-типирования фрагменты, написанные на овечьей шкуре, отделяются от фрагментов, написанных на козьей шкуре, что существенно облегчает последующую реконструкцию целых свитков.
ДНК-типирование позволяет установить степень родства между ископаемыми человеческими костями, найденными в разных географических регионах и принадлежащими к разным геологическим эрам. Полученные при этом результаты проливают свет на историю человеческой эволюции.
С помощью ДНК-типирования ученые провели идентификацию останков царя Николая Романова II и его семьи, убитых большевиками в 1918 году. Для этого образцы ДНК, выделенные из найденных на месте захоронения костей, сравнивались с образцами ДНК живых потомков Николая II, в том числе принца Великобритании Филиппа. Полученные при этом результаты опровергли заявление женщины-самозванки, претендующей на имя якобы чудесным образом избежавшей уничтожения Великой княжны Анастасии Романовой.
Ресурсы живой природы
Чем больше мы понимаем систему организации генетического материала в природных популяциях, тем выше становится уровень осуществляемых нами проектов, направленных на сохранение и регулирование природного разнообразия. ДНК-типирование используется учеными для выявления количества генетических различий между популяциями одного и того же вида, изучения географического распределения видов, сохранения исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов и определения степени генетической устойчивости диких популяций вымирающих видов. Например, на настоящий момент мы знаем, что гепарды находятся на грани исчезновения по большей части из-за сильного истощения генетического разнообразия.
Недавно ДНК-типирование помогло ученым разгадать загадку мексиканской популяции тихоокеанских морских черепах. Тихоокеанские морские черепахи размножаются в Японии и Австралии, однако очень молодые особи нередко встречаются около Мексиканского побережья. Биологи не могли предположить, что юные черепахи способны преодолеть вплавь 10000 миль, отделяющих Японию от Мексики и, тем более, еще большее расстояние от Австралии, поэтому происхождение мексиканских морских черепах до недавнего времени оставалось загадкой. Оказалось, что юных черепах из Японии и Австралии приносят к берегам Мексики океанские течения, а по достижении половой зрелости они отправляются в обратное плавание к местам своего размножения.
ДНК-типирование также используется для выявления нелегальной торговли продуктами, источниками которых являются животные находящихся под защитой видов. Например, японские специалисты установили факты продажи в стране нелегально ввезенного китового мяса и некоторых запрещенных к добыче морепродуктов. Подобные исследования образцов слоновой кости позволили выявить факты браконьерства в некоторых странах, где охота на слонов запрещена. И, наконец, в США ДНК-типирование используется для предотвращения ввоза в страну икры находящихся под угрозой вымирания осетровых.
Евгения Рябцева
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org
Продолжение следует.
Геномная дактилоскопия
Геномная дактилоскопия, или ДНК-типирование – это система идентификации, в основе которой лежит выявление генетических различий между индивидуумами или организмами. Каждое живое существо (за исключением однояйцовых близнецов) генетически уникально. Методики ДНК-типирования предназначены для выявления малейших генетических различий в последовательности чередования строительных блоков, из которых состоит ДНК. Эти блоки – нуклеотиды: аденин, тимин, цитозин и гуанин – обычно обозначаются как А, Т, С и G.
Иногда ДНК-типирование используется для сравнения нуклеотидных последовательностей ДНК двух индивидуумов с целью выявления их схожести. В других случаях ученые заинтересованы в выявлении схожести образца ДНК с заведомо известной последовательностью контрольного образца. На настоящий момент ДНК-типирование является одной из наиболее мощных и получивших широкое применение биотехнологических методик. Оно используется для выявления малейших различий в составе образцов ДНК, в том числе для определения совместимости донора и реципиента при проведении трансплантации органов и тканей, выявления специфических микроорганизмов, отслеживания необходимых генов в процессе селекции растений, установления отцовства, идентификации останков, регуляции размножения животных в условиях зоопарков.
Методы ДНК-типирования
Ученые разработали два подхода, позволяющие выявлять малейшие различия в генах. У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки и оба они используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, клинических центрах, судебной медицине и коммерческих лабораториях. Выбор метода зависит от решаемого вопроса, доступного количества ДНК, возможностей очистки образца, приемлемой стоимости и срочности. Иногда подходы комбинируются.
В одной из методик, получившей название рестрикционный анализ, используются естественные ферменты, разрезающие ДНК в строго фиксированных участках. Из-за различий в нуклеотидных последовательностях ферменты разрезают ДНК разных индивидуумов в разных местах. Получающиеся при этом отрезки ДНК имеют разные размеры и составляют ДНК-портрет или отпечаток, уникальный для каждого индивидуума. Сравнение наборов фрагментов ДНК предоставляет неоспоримое доказательство того, являются ли изучаемые образцы идентичными или нет.
Другой метод ДНК-типирования – полимеразная цепная реакция (ПЦР) – основан на использовании механизма, с помощью которого клетки осуществляют удвоение ДНК перед делением надвое. ПЦР обеспечивает получение тысяч копий специфических фрагментов ДНК в течение нескольких часов. Также как и рестрикционный анализ, ПЦР позволяет сравнивать образцы ДНК с целью выяснения их происхождения. Кроме того, с ее помощью можно выявлять наличие или отсутствие в образце специфичных фрагментов ДНК. Таким образом, ПЦР позволяет быстро и с высокой степенью точности диагностировать такие заболевания, как ВИЧ-инфекция и хламидиоз, выявлять гены, определяющие предрасположенность индивидуума к различным формам рака и другим заболеваниям, а также обеспечить лучшую защиту индивидуума от ВИЧ/СПИД.
Для успешного выявления минимальных различий в структуре молекул ДНК ученые должны обращать внимание на регионы ДНК, отличающиеся высокой степенью вариабельности. Это является одной из причин того, что зачастую предпочтение отдается митохондриальной, а не ядерной ДНК. Митохондриальная ДНК не только обладает большей степенью полиморфизма, чем ядерная, но и характеризуется уникальным методом наследования – практически вся митохондриальная ДНК достается организму от матери.
ДНК-типирование в судебной медицине
В ходе криминальных расследований ДНК, полученная из образцов волос, биологических жидкостей и кожи, обнаруженных на месте преступления, сравнивается с ДНК подозреваемых. Впервые ДНК-типирование было использовано с целью поддержания правопорядка в середине 1980-х в Великобритании и США. В настоящее время бОльшую часть работы по судебному ДНК-типированию для местных и государственных служб США выполняют лаборатории ФБР. Некоторые частные биотехнологические компании также оказывают услуги по геномной дактилоскопии.
Во многих штатах внедрение ДНК-типирования в практику судебной медицины получило позитивный отклик, так как с его помощью была доказана причастность большого количества заключенных к преступлениям, в которых они обвинялись. Оно также обеспечило реабилитацию ряда несправедливо обвиненных граждан.
Повсеместное внедрение ДНК-типирования в судебную практику привело к изданию некоторыми штатами законов, требующих обязательного проведения ДНК-типирования преступников, обвиняемых в сексуальных и других правонарушениях для последующего занесения информации в базы данных штатов. Высшие правоохранительные органы надеются со временем объединить базы данных ФБР и отдельных штатов с целью создания единой национальной базы, которая позволила бы за минимальные промежутки времени сравнивать генетический материал с места преступления с данными об известных нарушителях.
ДНК-типирование используется также для идентификации останков людей, например для установления личностей неизвестных солдат или жертв катастроф. Сейчас все американские военнослужащие сдают образцы ДНК в банк данных, что обеспечивает достоверное установление личности даже в случае утери металлического солдатского жетона с регистрационным номером.
Установление отцовства
Установление отцовства с помощью ДНК-типирования возможно благодаря тому, что половину генетического материла ребенок получает от своего биологического отца. При необходимости с помощью рестрикционного анализа проводится сравнение ДНК-отпечатков матери, ребенка и предполагаемого отца. Сначала из теста изымаются фрагменты ДНК ребенка, аналогичные материнским. После этого оставшиеся фрагменты, унаследованные от биологического отца, сравниваются с фрагментами ДНК предполагаемого отца.
Антропология
С помощью ДНК-типирования ученые пытаются составить из тысяч фрагментов «Свитков Мертвого моря» целые документы. Для этого с помощью ДНК-типирования фрагменты, написанные на овечьей шкуре, отделяются от фрагментов, написанных на козьей шкуре, что существенно облегчает последующую реконструкцию целых свитков.
ДНК-типирование позволяет установить степень родства между ископаемыми человеческими костями, найденными в разных географических регионах и принадлежащими к разным геологическим эрам. Полученные при этом результаты проливают свет на историю человеческой эволюции.
С помощью ДНК-типирования ученые провели идентификацию останков царя Николая Романова II и его семьи, убитых большевиками в 1918 году. Для этого образцы ДНК, выделенные из найденных на месте захоронения костей, сравнивались с образцами ДНК живых потомков Николая II, в том числе принца Великобритании Филиппа. Полученные при этом результаты опровергли заявление женщины-самозванки, претендующей на имя якобы чудесным образом избежавшей уничтожения Великой княжны Анастасии Романовой.
Ресурсы живой природы
Чем больше мы понимаем систему организации генетического материала в природных популяциях, тем выше становится уровень осуществляемых нами проектов, направленных на сохранение и регулирование природного разнообразия. ДНК-типирование используется учеными для выявления количества генетических различий между популяциями одного и того же вида, изучения географического распределения видов, сохранения исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов и определения степени генетической устойчивости диких популяций вымирающих видов. Например, на настоящий момент мы знаем, что гепарды находятся на грани исчезновения по большей части из-за сильного истощения генетического разнообразия.
Недавно ДНК-типирование помогло ученым разгадать загадку мексиканской популяции тихоокеанских морских черепах. Тихоокеанские морские черепахи размножаются в Японии и Австралии, однако очень молодые особи нередко встречаются около Мексиканского побережья. Биологи не могли предположить, что юные черепахи способны преодолеть вплавь 10000 миль, отделяющих Японию от Мексики и, тем более, еще большее расстояние от Австралии, поэтому происхождение мексиканских морских черепах до недавнего времени оставалось загадкой. Оказалось, что юных черепах из Японии и Австралии приносят к берегам Мексики океанские течения, а по достижении половой зрелости они отправляются в обратное плавание к местам своего размножения.
ДНК-типирование также используется для выявления нелегальной торговли продуктами, источниками которых являются животные находящихся под защитой видов. Например, японские специалисты установили факты продажи в стране нелегально ввезенного китового мяса и некоторых запрещенных к добыче морепродуктов. Подобные исследования образцов слоновой кости позволили выявить факты браконьерства в некоторых странах, где охота на слонов запрещена. И, наконец, в США ДНК-типирование используется для предотвращения ввоза в страну икры находящихся под угрозой вымирания осетровых.
Евгения Рябцева
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org
Продолжение следует.
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
