Ģenētika un kriminālistika

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
264
Reaction score
295
Points
63
3JyXNTjW1G


Ģenētiskās tehnoloģijas, kas cilvēku dzīvē ielauzās pagājušā gadsimta beigās, ir mainījušas mūsu pasauli tādā mērā, ka tā jau nav iedomājama bez tām. Šīm tehnoloģijām ir izdevies iekļūt arī kriminālistikā; jau gadu desmitiem ģenētiskā identifikācija tiek izmantota kā ātra un salīdzinoši lēta metode, kas ļauj atrast noziedzniekus un atrisināt viņu nodarījumus, neizejot no laboratorijas. Tā kā pēc izglītības esmu farmakologs, mani ļoti interesē ģenētika un labprāt pētīšu šo jomu dažādos tās aspektos. Šajā publikācijā iepazīstināšu jūs ar klasiskajām ģenētiskajām pieejām kriminālistikas jomā.

Nedaudz vēstures jeb kāds tam sakars ar bruņiniekiem?
Pirms 150 gadiem Johanness Frīdrihs Mišers atklāja nukleīnskābes - jēdzienu, kas galu galā apgrieza pasauli kājām gaisā [1]. Līdz 20. gadsimta vidum kļuva skaidrs, ka DNS un RNS ir mantojuma informācijas nesējas; tad tika aprakstīta to struktūra, un nedaudz vēlāk parādījās daudzas metodes, kas ļāva šīs molekulas "sagriezt" in vitro, izmantojot šūnu enzīmus - restriktāzes [2]; amplificēt tās, izmantojot PCR [3]; un pat nolasīt konkrētu gēnu un genomu secību, izmantojot vairākas sekvencēšanas metodes [4].

Sākotnēji darbs ar ģenētisko materiālu tika veikts burtiski "virtuvē", un to ne vienmēr varēja atkārtot pat blakus esošajā zinātniskajā laboratorijā. Taču laiks ritēja, pieejas mainījās, un metodes tika standartizētas tiktāl, ka tās pakāpeniski tika ieviestas lietišķajos pētījumos un pat biotehnoloģiskajā ražošanā.


UTWIf3xCtj


1984. gadā zinātnieku sabiedrību satrauca ziņa, ka zinātniekiem izdevās izolēt un nolasīt Bērhela zebras, kas ir izmirusi un saglabājusies tikai muzeju kolekcijās, DNS fragmentu [5]. Gadu vēlāk zviedru ģenētiķis Svante Pääbo apstiprināja iespēju izmantot muzeju un arheoloģisko materiālu fundamentāliem zinātniskiem pētījumiem, pirmo reizi analizējot ēģiptiešu mūmiju ģenētisko materiālu. Pēc vairākiem gadiem izrādījās, ka viņa analizētie paraugi bija piesārņoti ar mūsdienu ģenētisko materiālu [6], taču sekvencēšanas metožu attīstība tomēr ļāva strādāt pat ar minimāliem slikti saglabājušās DNS daudzumiem.

Par jaunajām ģenētiskā materiāla analīzes metodēm ieinteresējās arī tiesu medicīnas zinātnieki. Fakts ir tāds, ka klasiskajām daktiloskopijas un asins grupu analīzes metodēm, kas tolaik bija ierastas, bija savi ierobežojumi, un dažos gadījumos tās nedarbojās.

1984. gadā britu zinātnieks sers Aleks Džons Džefrijs (Alec John Jeffreys, 3. attēls) izstrādāja un prezentēja metodi, kā identificēt personu, izmantojot tās ģenētisko materiālu. Vēlāk šo pieeju nosauca par DNS identifikāciju, iemantojot kriminologu mīlestību un cieņu visā pasaulē. Par savu darbu Džefrijs saņēma bruņinieka ordeni.

IgqLZif8WV


DNS daktiloskopija: priekšrocības un trūkumi
Nozieguma vietā iegūto bioloģisko paraugu ģenētiskā analīze ir ievērojami atvieglojusi izmeklētāju darbu. Viņu rīcībā tagad ir uzticams instruments, ar kura palīdzību identificēt noziedzīgā nodarījuma izdarītāju vai upuri, iegūt neapstrīdamus pierādījumus un atrisināt noziegumus.

Galvenās ģenētiskās daktiloskopijas priekšrocības ir spēja strādāt pat ar nelielu bioloģiskā materiāla daudzumu un augsta precizitāte, kas ļauj identificēt personu - ja tiek ievērotas visas analīzes prasības, tās ticamība pārsniedz 99 %. Šī pieeja ir kļuvusi par vienu no svarīgākajām noziegumu izmeklēšanā [7].

Svarīgi atzīmēt, ka klasiskās DNS daktiloskopijas metodes neļauj identificēt identiskus dvīņus, kuru ģenētiskais profils ir vienāds, jo tie veidojas no vienas un tās pašas apaugļotas olšūnas.

DNS analīzei vispirms ir nepieciešams pats DnA, taču ne vienmēr ir iespējams iegūt augstas kvalitātes ģenētisko materiālu no bioloģiskajiem paraugiem, kas ir bijuši pakļauti ķīmisku un termisku faktoru iedarbībai. Nonākusi vidē, šī molekula iesaistās ķīmiskajās reakcijās, tiek iznīcināta (fragmentēta) un pārveidota, lai gan labvēlīgos apstākļos tā var saglabāties tūkstošiem gadu [8].

B8W3ZEgtix


Ir zināms, ka senākais cilvēku senču ģenētiskais materiāls tika iegūts no mūsu humāno radinieku, kas dzīvoja Ibērijas pussalas teritorijā (Sierra de Atapuerca) pirms aptuveni 430 tūkstošiem gadu, kaulu atliekām [9]. Dažu alu specifiskais mikroklimats ar zemām mitruma un temperatūras vērtībām ievērojami pagarina ģenētiskā materiāla mūžu. Tomēr DNS paraugos, kas atrasti nozieguma vietā, bieži vien ir pārstāvēta minimālā daudzumā un, tāpat kā arheoloģiskajos paraugos, ir stipri degradēta.

Eiropā un ASV tiek pievērsta uzmanība vēl vienam ģenētiskās daktiloskopijas trūkumam, kas saistīts ar iejaukšanos personas privātajā dzīvē un privātuma pārkāpšanu.

Cilvēktiesību aktīvisti baidās, ka noziedznieku un aizdomās turēto personu ģenētiskā informācija varētu nonākt trešo personu rokās un pēc tam tikt ļaunprātīgi izmantota [10]. Piemēram, jau ir zināmi gadījumi, kad ģenētisko informāciju izmantoja, lai kontrolētu musulmaņu minoritātes Ķīnas Siņdzjanas provincē.

Arī ASV plāno sistemātiski vākt federālajā apcietinājumā esošo imigrantu DNS profilus [11]. Acīmredzot cilvēktiesību aktīvistu bažas nav nepamatotas un tām ir reāls pamats.

AAhZNjBY7l


Kā tas darbojas
DNS daktiloskopijas metodes ir balstītas uz cilvēka ģenētisko mainīgumu. Nukleotīdu aizvietošanas DNS (atkarībā no biežuma populācijā tās sauc arī par DNS polimorfismiem jeb mutācijām) padara mūs individuāli atšķirīgus. Un šīs atšķirības var atrast gan kodola, gan mitohondriju genomos, mazās apļveida DNS molekulās, kas regulē mitohondriju - šūnu enerģijas "fabriku" - darbību.
.

Jāatzīmē, ka DNS polimorfismus var atrast katra no mums genomā - tie kļūst par mūsu unikālo DNS svītrkodu. Daži no tiem var izraisīt nopietnas slimības [12], taču vairumā gadījumu tie neietekmē mūsu dzīvībai svarīgās funkcijas.


C8aIecOBnT


Mūsdienu DNS daktiloskopijas metodes izmanto dažādus ģenētiskos variantus dažādos genoma reģionos. Piemēram, tandēmu atkārtojumu - īsu atkārtojošos genoma sekvenču, kuru skaits atšķiras diviem nejauši atlasītiem indivīdiem [13] - analīze ļauj veikt skaidru paternitātes pārbaudi vai atrast papildu pierādījumus pret aizdomās turamo noziedznieka lietā.

Y hromosomu DNS marķierus var izmantot, lai noteiktu personas dzimumu. Ģenētiskie marķieri sniedz informāciju par indivīda radinieku etnisko izcelsmi, acu krāsu vai matu krāsu.

Turklāt epigenētiskā informācija (piemēram, DNS metilēšana) ļauj novērtēt atsevišķu šūnu, audu un organisma bioloģisko vecumu kopumā [
14]. Šajā rakstā es sīkāk pastāstīšu par iepriekš minētajām ģenētiskās analīzes metodēm. Savukārt par epiģenētisko metožu izmantošanu zāļu biznesā būs mana nākamā publikācija.

DNS vākšana un izdalīšana no bioloģiskā materiāla
DNS iegūšana un analīze no kriminālistikas paraugiem pirmajā brīdī ir pielīdzināma mākslai. Reizēm nav iespējams iedomāties, ka daži asins pilieni vai ādas gabaliņš zem upura nagiem var kļūt par vissvarīgāko pierādījumu kriminālizmeklēšanā.

Patiesībā nozieguma vietas kriminālistikas speciālistu darbības ir precīzi noregulētas un notiek pēc vienota scenārija, kura viens no galvenajiem mērķiem ir atrast DNS iegūšanai piemērotu bioloģisko materiālu. Šim nolūkam var izmantot jebkurus bioloģiskos audus un cilvēka izdalījumus
.
  • kaulu atliekas
  • zobi
  • matu folikulas
  • Asinis
  • Epitēlija šūnas
  • Sviedri
  • Siekalas
  • Spermas paraugi
  • ekskrementi u. c.
Biomateriāls pierādījumu noliktavā var saglabāties gadu desmitiem. Bieži vien eksperts ņem tikai daļu materiāla, kas nepieciešams DNS ekstrakcijai. Piemēram, ja uz naža ir asiņu pēdas, eksperts nenomazgā visas asinis, bet veic nelielu skalošanu tieši pirms DNS ekstrakcijas. Tādējādi uz naža paliek pēdas, kuras var izmantot atkārtotai ekspertīzei pēc vairākiem gadu desmitiem.

RmkyY146i3
.
Šūnas kodolā DNS atrodas ciešā kontaktā ar daudzām organiskām molekulām, kas nepieciešamas tās efektīvai funkcionēšanai. Tomēr ģenētisko analīžu veikšanai no testa parauga ir jānoņem ogļhidrāti, lipīdi un olbaltumvielas, kas var samazināt izmantoto metožu efektivitāti un līdz ar to ietekmēt noziegumu šķīdību.

DNS ekstrakcija aizņem maz laika, pateicoties dažādiem komerciāliem komplektiem un sistēmām, kas īpaši paredzētas nukleīnskābju ekstrakcijai (piemēram, AutoMate Express DNA Extraction System no Thermo Fisher Scientific). Turklāt lielajos kriminālistikas centros, kur dienā tiek veikti tūkstošiem analīžu, šis process ir pilnībā automatizēts un tiek veikts ar robotu palīdzību operatora uzraudzībā.

Starp citu, robotizētas sistēmas tiek plaši izmantotas ne tikai kriminālistikas laboratorijās, bet arī daudzos medicīnas un biotehnoloģijas centros, ļaujot paātrināt procesu, samazināt darba izmaksas un ievērojami samazināt kļūdu iespējamību.

Pēc ekstrakcijas DNS tiek izšķīdināta īpašā maisījumā, kur to vajadzības gadījumā var uzglabāt gadiem ilgi (-20 °C vai -80 °C temperatūrā).

Ģenētiskā analīze

Uzreiz pēc DnA ekstrakcijas speciālists saskaras ar jautājumu par turpmākajiem analīzes veidiem. Kopš DNS identifikācijas ieviešanas kriminālistikā molekulārās bioloģijas metodes ir tik ļoti mainījušās, ka pastāv vairāki iespējamie varianti. Mūsu turpmākajā stāstījumā tiks izcelti dažādi DNS analīzes paņēmieni, ko tiesu medicīnas eksperti izmanto savā praksē.

Restrikcijas fragmentu garuma polimorfisms (RFLP analīze)
RFLP analīze vēsturiski ir viena no pirmajām DNS identifikācijas metodēm. Tās pamatā ir īpašu šūnu enzīmu - restriktažu - izmantošana. Restrikcijas enzīmi spēj atpazīt noteiktas vietas nukleīnskābes molekulā un sagriezt to caur šīm vietām. Līdz šim ir aprakstīti vairāki tūkstoši šādu enzīmu. Pēc DnA molekulas sagriešanas ar restriktāzes fermentiem iegūto fragmentu garumu novērtē, izmantojot gēla elektroforēzi (9. attēls).
HO9DAMdakN

Tā kā nav pilnīgi identisku cilvēka genomu (izņemot identiskus dvīņus), iegūto DNS fragmentu garuma atšķirība vai līdzība var būt labs marķieris gan personas identifikācijai, gan radniecības noteikšanai.

Tomēr šī metode ir saistīta ar DNS fragmentāciju, tāpēc tā ir jutīga pret sākotnējā ģenētiskā materiāla kvalitāti un daudzumu. Tāpēc RFLP analīzi pašlaik praktiski neizmanto - atšķirībā no citām metodēm, kas tiks aplūkotas tālāk.

Tandēmu atkārtojumu skaita analīze genomā
Tandēmu atkārtojumi ir vienas un tās pašas īsās DnA sekvences kopijas, kas atkārtojas viena aiz otras [15]. Atkārtojumi, kas interesē kriminālistus, ietver lokus ar dažādu tandēmu atkārtojumu skaitu (VNTR) un īsos tandēmu atkārtojumus (STR). Tos attiecīgi sauc arī par minisatelītiem un mikrosatelītiem.

. Šīs metodes būtība ir tādu DNS fragmentu, kas satur šīs īsās atkārtojošās sekvences, kuru garums atšķiras diviem nejauši atlasītiem indivīdiem, PCR amplifikācija. Pēc amplifikācijas iegūto fragmentu garumu novērtē, izmantojot gēla elektroforēzi vai kapilāro elektroforēzi.

Šim nolūkam var izmantot Quantifiler DNA Quantification Kit un sistēmu QuantStudio no Termo Fisher Scientific. QuantStudio ir kompakts galda instruments ar plašu funkciju klāstu.

Tāpat kā iepriekšējā metodē, galvenais STR analīzes identifikācijas faktors ir iegūto fragmentu garums, kas ir unikāls katram indivīdam un ir atkarīgs no atkārtojumu skaita analizētajā vietā. STR analīzei ir raksturīga augsta precizitāte un ātrums, kā arī zemas izmaksas. Svarīgs analīzes nosacījums ir ģenētiskā materiāla kvalitāte.

5JVMoCgn4A


STR analīze praktiskajā kriminālistikā parādījās gandrīz pirms divdesmit gadiem, bet līdz pat šai dienai tā joprojām ir galvenā metode personu identificēšanai. Aizdomās turēto un noziedznieku DNS analīžu rezultātus - ģenētiskos profilus - kriminologi ievada īpašās datubāzēs.

Tāpēc, ja nozieguma vietā tiek atrastas bioloģiskas pēdas, no kurām var izdalīt DNS, ir kļuvis iespējams identificēt visas personas, kas jau nonākušas tiesībaizsardzības iestāžu redzeslokā. Tos pašus marķierus izmanto pazudušu personu meklēšanā un paternitātes noteikšanā.


QMUqjeAbnK

Parasti sistēmas, kas paredzētas indivīdu identificēšanai, ļauj analizēt vairākus genoma lokus (10-24) vienlaicīgi, tostarp amelogenīna proteīna gēnu, pēc kura nosaka dzimumu. Amelogenīna gēns ir atrodams gan X, gan Y hromosomā, bet atšķiras pēc lieluma, kas ļauj noteikt personas dzimumu.

Pateicoties augstas veiktspējas sekvenēšanas tehnoloģijām, kriminālistikā ir iegūts efektīvs instruments, kas pavēra jaunas iespējas vienlaicīgai vairāku kodola un mitohondriālā genoma vietu (lokusu) analīzei.

Svarīga šo metožu priekšrocība ir spēja atšķirt pat identiskus dvīņus (pēc somatiskām mutācijām), kas nav iespējams ar RFLP vai STR analīzi.

Šīs publikācijas otrajā daļā tiks aprakstīts, kā iepriekš aprakstītās metodes var izmantot, lai identificētu narkotiku laboratorijas un narkotiku dīlerus, un kā jūs varat sajaukt kriminālistus, notīrot savas pēdas.

Lasiet II DAĻU
 

Osmosis Vanderwaal

Moderator in US section
Resident
Joined
Jan 15, 2023
Messages
1,598
Solutions
4
Reaction score
1,107
Points
113
Deals
1
Jā, DNS sekvencēšana ir apvērsusi katru zinātnes nozari. Tādas vietas kā 23&me un ancestory. Com ir milzīgas datubāzes, un, ja tajā ir jūsu otrais brālēns, viņi zina, kas jūs esat, ja kaut kur atrod jūsu DNS. Pašlaik valdības amatpersonas apgalvo, ka viņi to neizmanto ļaunprātīgi, bet kāpēc gan viņi to neizmantotu?
 

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
264
Reaction score
295
Points
63
Dažiem cilvēkiem tā ir tikai ļoti interesanta spēle ar iepriekš noteiktu beigas. :D:D
 
Top