Молекулярно-генетическая экспертиза: как ловят маньяков

      Комментарии к записи Молекулярно-генетическая экспертиза: как ловят маньяков отключены

Молекулярно-генетическая экспертиза: как ловят маньяков

Да, речь заходит о ДНК и молекулярно-генетической экспертизе. Всё помой-му : ДНК из клеток, покинутых преступником, и сравнивается с ДНК из клеток подозреваемого. В действительности, само собой разумеется, простота тут кажущаяся.

В случае если кое-какие живые клетки возможно рассмотреть в слабенький школьный микроскоп, в противном случае и невооруженным глазом (пример — яйцо), то ДНК — объект микромира, и без того «» ее не окажется. То же со «сравнением». ДНК человека составляют 3,1 млрд пар оснований.

Прочтение (секвенирование) всего этого количества информации — задача очень трудоемкая.

какое количество нужно клеток?

О том, как составляется неповторимый генетический какие технологии и портрет человека наряду с этим используются, мы поболтали с представителями компании Gordiz — единственного в Российской Федерации производителя реагентов с целью проведения генетических судмедэкспертизы. Для начала хотелось определить, какой минимум биологического материала обязан покинуть преступник на месте правонарушения, дабы молекулярно-генетический анализ стал вероятен.

«Возможно в принципе взять итог из одной клетки, — говорит эксперт компании Сергей Леонов, доктор-биохимик, пара лет проработавший судмедэкспертом. — Имеется, к примеру, устройства — лазерные микродиссекторы, каковые разрешают вырезать из исследуемых образцов единичные клетки. Но работа с таким малым числом генетического материала не относится к процессам и стандартным технологиям и не гарантирует высокую надежность.

Для обычного процесса необходимо как минимум 10−15 клеток, и в действительности это весьма мелкое количество. Одно прикосновение рукой к предмету оставляет на нем много клеток».

Этап первый. Великое размножение маркеров

    Фото Схема полимеразной цепной реакции показывает главные этапы многократного копирования интересующего участка ДНК (маркера). На этапе денатурации под действием нагрева цепочка ДНК распадается на две нити. На этапе отжига при охлаждении к отдельным нитям ДНК присоединяются метки-праймеры.

На этапе элонгации фермент полимераза достраивает вторую нить исследуемому участку.

Да, человек щедро разбрасывается генетическим материалом, но уже на этапе поиска биологических следов преступника судмедэкспертов поджидает большое количество неприятностей. К примеру, хороший материал для изучения — кровь, следы которой прекрасно заметны и в них в большинстве случаев большое количество ДНК. Но в пятне крови имели возможность смешаться жертвы и кровь преступника.

Как отделить клетки друг от друга? Задача пара упрощается, в случае если жертва и преступник разнополы: тогда вероятна предварительная сортировка по наличию либо отсутствию Y-хромосомы. По большому счету работа со смешанными объектами — это довольно часто видящаяся обстановка: в большинстве случаев, предметы, к каким прикасался преступник, трогал кто-то и до него, и в том месте возможно отыскать биоматериал, находящийся в собствености десяткам людей.

Для выделения нужного материала иногда применяют количественный способ: след преступника самый свежий, соответственно, в случае если количество каких-то клеток на поверхности объекта хотя бы на порядок превышает число остальных, возможно высказать предположение, что это и имеется искомый биоматериал.

Обычный случай: по окончании изнасилования эпителиальные клетки жертвы смешаны со сперматозоидами преступника. Для этого случая создан особый способ. Потому, что эпителий имеет меньшую структурную прочность если сравнивать с мужскими половыми клетками, его возможно уничтожить особыми химикатами, покинув сперматозоиды невредимыми и взяв чистую фракцию клеток насильника.

Так, фактически молекулярно-генетическому изучению предшествует поиск нужного материала и выделение его из различных смесей. Существуют, к примеру, химические способы поиска следов крови в том месте, где эти следы пробовали отмыть. Имеется технологии поиска клеток, покинутых на других материалах и бумаге.

Отмывание ДНК

Второй вопрос — сохранность биоматериала. С одной стороны, прочтён геном мамонта и неандертальца, другими словами ДНК может сберигаться десятки тысяч лет. А с другой — в пятне крови, покинутом преступником намедни, ДНК может не появляться вовсе. Как же так? «ДНК — это одна из самых устойчивых биомолекул, — растолковывает Сергей Леонов. — В случае если имеется условия для хранения, она может оставаться в целости практически неограниченное время.

Лучшие условия — это высушивание, к примеру на бумаге. Лично мне приходилось принимать участие в работах по идентификации останков воинов, погибших на протяжении Великой Отечественной. ДНК, найденные в останках, сравнивались с сохранившимися примерами ДНК с фронтовых писем, каковые предоставляли родственники погибших в этих местах солдат».

ДНК скоро разрушается под действием различных биологических, химических и физических факторов. В случае если биоматериал попадает во мокрую среду, тут же начинается гниение. Гниение — это не что иное, как поедание клеток бактериями. Бактерии к тому же выделяют особенные вещества — нуклеазы, каковые разрушают целый находящийся поблизости генный материал: это оружие борьбы с вирусами.

В случае если платок с пятном крови стал объектом гнилостных процессов, может оказаться, что пятно крови имеется, а ДНК в нем уже нет. концентрация и Наличие в примерах генного материала будут распознаны химическими способами на протяжении химического анализа, но перед тем, как это случится, нужно экстрагировать ДНК из клеточной среды. «Для этого, — говорит Сергей Леонов, — используются особые реагенты, каковые всецело разрушают материал клетки, оставляя только ДНК.

После этого ДНК электростатически связывается с сорбентом, что извлекается, а после этого смывается водой. Так получается чистый водный раствор ДНК». В случае если в соответствии с предстоящему анализу генный материал имеется в растворе и в требуемом количестве, возможно приступать к созданию генетического «отпечатка».

Этап второй. Составляем генетический портрет

    Фото На схеме продемонстрирована хорошая схема генетического анализа с применением агарозного геля. Маркеры двигаются под действием электрического поля в блоке геля. Потому, что маркеры меньшего размера встречают меньшее сопротивление геля, они вырываются вперед.

Окончательная идентификация маркеров происходит посредством лазерной подсветки, возбуждающей флюоресценцию.

Польза от молчания

В первую очередь необходимо заметить, что сравнивать всецело две ДНК никакой потребности нет. Генетически все люди на Земле аналогичны на 99,99%, и потому имеется суть разбирать только сходство-различие определенных участков генома, каковые владеют полиморфизмом, другими словами представлены у различных людей в нескольких различных видах. «Золотым стандартом» на сегодня считается изучение полиморфных маркеров, имеющих переменную длину.

Маркеры — это участки «молчащей» ДНК, каковые не выступают в качестве действующих генов и не кодируют белки. Но они имеют характерную структуру — одинаковые последовательности пар оснований повторяются в них пара раз. Различное число повторов и формирует тот самый полиморфизм. Очевидно, число вариантов длины одного маркера не равно людей на Земле.

В случае если у маркера имеется (условно) десять вариантов, то обладание маркером определенной длины свидетельствует только принадлежность к одной из десяти групп человечества, численностью в много миллионов человек любая. Но в случае если мы добавим ко мне эти по второму полиморфному маркеру, несколько, где видится такое сочетание длин, заметно сузится. Обращение отправится уже о миллионах человек.

При добавлении новых маркеров будет, как говорят в науке, экспоненциально увеличиваться дискриминационный потенциал, и наконец, число маркеров возможно довести до для того чтобы количества, в то время, когда сочетание данных по их длинам станет неповторимым для отдельной личности, а возможность повтора этого «рисунка» фактически сведется к нулю. Ключ к идентификации личности — всего-то дюжина полиморфных маркеров.

Но тут мы отыщем в памяти, что ДНК — объект микромира, и ни линейкой, ни штангенциркулем ее участки померить нереально. Тут на помощь приходит электричество и биохимия.

Конструктивный бульон

Молекулы, кроме того такие сложные, как цепочки ДНК, так мелки, что для молекулярно-генетического изучения требуется не одна копия интересующего нас участка генома (маркер), и не десять, и не сто, а миллиарды и миллионы. Требуется, так, большая концентрация копий маркеров, которая сделает вероятным физическую индикацию параметров.

Ядро, самый сложный момент всей технологии идентификации личности — полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая именно и разрешает накопировать маркеров столько, сколько необходимо. Реакция происходит в растворе, где присутствуют исследуемые ДНК, необычные метки-праймеры (практически конструктивно аналогичные маленьким участкам одной нити ДНК), находящиеся в «свободном плавании» формирующие ДНК азотистые основания — аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T), катализаторы и, наконец, основной действующий персонаж — фермент Taq-полимераза.

Реакция происходит при переменных температурных режимах. Сперва посредством нагрева ДНК денатурируется, другими словами ее «двойная спираль» распадается на две нити, а пары оснований размыкаются. После этого при охлаждении праймеры отмечают границы интересующего нас маркера. Они примыкают к нитям ДНК, на маленьком участке как бы восстанавливая двойную структуру молекулы.

Затем полимераза «берет» из раствора азотистые основания и, трудясь по одну сторону маркера, достраивает вторую нить для каждой из нитей денатурированной ДНК. В итоге вместо одной ДНК в растворе появляются две молекулы с частично восстановленной двойной структурой (в частности, для маркера). После этого все повторяется: денатурация с разделением двух нитей, праймеры и работа полимеразы.

В следствии цепной реакции мы приобретаем огромное количество копий имеющего обычную двойную структуру маркера.

«ПЦР — сверхсложный и дорогостоящий процесс, — говорит генеральный директор компании Gordiz Владимир Орехов. — Количество компаний в мире, каковые производят реагенты для таковой реакции, возможно посчитать на пальцах одной руки, и одна из них — отечественная — находится в Российской Федерации. Основная сложность в том, что в пробирке в один момент должны копироваться все маркеры и наряду с этим не мешать друг другу. какое количество необходимо маркеров?

Американский стандарт CODIS включает в себя 13, европейский ESS — 12. Не смотря на то, что маркеры из двух совокупностей пересекаются, имеется и отличия. Дабы удовлетворить потребности экспертов, трудящихся в рамках различных стандартов, мы производим реагенты для ПЦР с участием 19 маркеров.

Для того чтобы количества хватит для идентификации неповторимой личности, даже в том случае, если население Почвы увеличится на пара порядков. Имеется у нас и собственный ноу-хау. Дело в том, что в большинстве случаев реагенты для ПЦР выпускаются в жидком виде, что предъявляет особенные требования к условиям транспортировки и хранения (в частности, нужна заморозка). Мы производим реагенты способом высушивания сырых смесей, и никаких особенных условий для транспортировки им не требуется.

Все это удешевляет процесс и упрощает задачу доставки реагентов, к примеру, в отдаленные районы. Отмечу, что все сырье для реагентов отечественного производства».

    Фото Генетический анализатор — это аппарат, воображающий более продвинутую разработку сортировки выделенных из ДНК маркеров. Тут маркеры двигаются в капиллярах из пористого полимера. На фото представлен прибор «НАНОФОР-05», выпущенный русским компанией «Синтол».

Гонки в поле

Продукт ПЦР — раствор с высокой концентрацией маркеров — это уже готовая база с целью проведения замеров. Методики смогут пара различаться, но в базе их лежит процесс, привычный многим, кто посещал кабинеты физиотерапии в поликлиниках. Это электрофорез — перемещение заряженных молекул в электрическом поле.

«До сих пор в Российской Федерации пользуются способом разделения продукта ПЦР на полиакриламидном геле, — говорит Сергей Леонов. — На смену этому способу, что берет начало с 1980-х, пришли генетические анализаторы. В них перемещение молекул происходит в капилляров из пористого полимера. Но сущность одна: маркер, являясь катионом, при приложении электрического поля начинает двигаться, но из-за сопротивления среды более долгая молекула тормозит, а маленькая перемещается стремительнее».

Так, молекулы сепарируются по длине. Действительно, кое-какие маркеры смогут иметь однообразную длину (однообразное число пар оснований), различаясь наряду с этим по структуре размещения оснований. Дабы избежать путаницы, возможно схожие по размерам маркеры еще в ходе ПЦР приобретают флюоресцентную метку (одного из четырех либо пяти цветов). В генетическом анализаторе маркеры подсвечиваются лазером, луч которого возбуждает свечение определенного цвета.

Затем маркер может принимать во внимание совсем идентифицированным. Итоговый документ анализатора — таблица, в которой цветом отмечено наличие в геноме тех либо иных вариантов (аллелей) всех исследуемых маркеров. И это все?

Без свидетелей

«Нет, не все, — говорит Владимир Орехов. — В случае если совпадают живой ткани и образцы следа, появляется вопрос статистики — как возможно совпадение. Теоретически возможность существует, и по результатам молекулярно-генетических изучений возможность 100% не выдается. Однако возможность правильной идентификации образовывает 99% плюс большое количество цифр по окончании запятой.

Но дабы заключение имело все показатели научности, эту возможность нужно посчитать математически с учетом, к примеру, популяционных частот для каждого показателя (распространенный показатель — больше возможность совпадения, редкий — меньше). Вследствие этого существует миф о том, что какие-то виды криминалистических экспертиз дают однозначный ответ «да» либо «нет», а генетическая экспертиза дает только количественную оценку возможности.

Но в действительности самый правильный ответ дает как раз генетика, а, к примеру, почерковедение либо дактилоскопия смогут ошибаться, и такие случаи известны. Само собой разумеется, в генетическую экспертизу может вмешаться антропогенный фактор (лаборант перепутал пример и т.?п.), но в случае если изучение совершено верно, оно дает строго научный и правильный итог».

С течением времени молекулярно-генетическая экспертиза делается все более распространенным и все менее дорогим способом криминалистики. Наряду с этим эффективность ее очень высока. С 1990-х годов в Соединенных Штатах, Германии, Англии действуют законы о геномной регистрации.

В соответствии с этим нормативным актам исследуется и заносится в базу данных биологический материал, покинутый на месте правонарушения не установленными лицами. В эту же базу заносится генный «паспорт» людей, отбывающих наказание за очень тяжёлые правонарушения.

Такая база была очень действенным средством раскрытия правонарушений, в которых нет ни подозреваемых, ни свидетелей, поскольку много случаев неопознанный генетический материал непременно обнаружил при помощи базы собственного хозяина либо показывал сообщение с другими идеальными правонарушениями. Таковой закон принят в 2009 году и в Российской Федерации, но финансирование его началось только сравнительно не так давно, и сказать о важном эффекте для нашей страны до тех пор пока преждевременно.

Статья «Печать гена» размещена в издании «Популярная механика» (№155, сентябрь 2015).

Криминальная Россия Охотники на маньяков


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: