Профилирование ДНК (также называемое дактилоскопией ДНК и генетической дактилоскопией ) — это процесс определения характеристик дезоксирибонуклеиновой кислоты ( ДНК ) человека . Анализ ДНК, предназначенный для идентификации вида, а не индивидуума, называется штрих-кодированием ДНК .
Профилирование ДНК — это судебно-медицинский метод в уголовных расследованиях , позволяющий сравнивать профили подозреваемых в совершении преступлений с доказательствами ДНК, чтобы оценить вероятность их причастности к преступлению. [1] [2] Он также используется при проверке отцовства , [3] для установления права на иммиграцию, [4] и в генеалогических и медицинских исследованиях. Профилирование ДНК также использовалось при изучении популяций животных и растений в области зоологии, ботаники и сельского хозяйства. [5]
Начиная с 1980-х годов научные достижения позволили использовать ДНК в качестве материала для идентификации человека. Первый патент, охватывающий прямое использование вариаций ДНК в криминалистике (US5593832A [6] [7] ), был подан Джеффри Глассбергом в 1983 году на основе работы, которую он проделал в Университете Рокфеллера в США в 1981 году.
Британский генетик сэр Алек Джеффрис независимо разработал процесс профилирования ДНК в 1985 году, работая на кафедре генетики Университета Лестера . Джефферис обнаружил, что эксперт по ДНК может устанавливать закономерности в неизвестной ДНК. Эти закономерности были частью унаследованных черт, которые можно было использовать для развития области анализа отношений. Эти открытия привели к первому использованию анализа ДНК в уголовном деле. [8] [9] [10] [11]
Процесс, разработанный Джеффрисом совместно с Питером Гиллом и Дэйвом Верреттом из Службы судебно-медицинской экспертизы (FSS), впервые был использован в судебно-медицинской экспертизе при раскрытии убийства двух подростков, которые были изнасилованы и убиты в Нарборо, Лестершир, в 1983 и 1986 годах. В ходе расследования убийства, которое проводил детектив Дэвид Бейкер, ДНК, содержащаяся в образцах крови, добровольно полученных от примерно 5000 местных жителей, которые охотно помогали полиции Лестершира в расследовании, привела к оправданию Ричарда Бакленда, первоначального подозреваемого, который признался одному из них. о преступлениях и последующем осуждении Колина Питчфорка 2 января 1988 года. Питчфорк, работник местной пекарни, вынудил своего коллегу Яна Келли заменить его при сдаче образца крови - затем Келли использовал поддельный паспорт, чтобы выдать себя за Пичфорка. . Другой коллега сообщил об обмане в полицию. Вилы были арестованы, а его кровь отправлена в лабораторию Джеффриса для обработки и разработки профиля. Профиль Вилы совпадал с профилем ДНК, оставленным убийцей, что подтвердило присутствие Вилы на обоих местах преступления; он признал себя виновным в обоих убийствах. [12] Через несколько лет химическая компания Imperial Chemical Industries (ICI) представила миру первый коммерчески доступный комплект. Несмотря на то, что эта область возникла относительно недавно, она оказала значительное глобальное влияние как на систему уголовного правосудия, так и на общество. [13]
Хотя 99,9% последовательностей ДНК человека одинаковы у каждого человека, ДНК достаточно различна, чтобы можно было отличить одного человека от другого, если только они не являются монозиготными (идентичными) близнецами . [14] Для профилирования ДНК используются повторяющиеся последовательности, которые сильно вариабельны, [14] называемые тандемными повторами с переменным числом (VNTR), в частности короткими тандемными повторами (STR), также известными как микросателлиты и минисателлиты . Локусы VNTR схожи у близкородственных особей, но настолько изменчивы, что у неродственных особей вряд ли будут одинаковые VNTR.
До VNTR и STR такие люди, как Джефферис, использовали процесс, называемый полиморфизмом длины рестрикционного фрагмента (RFLP). В этом процессе регулярно использовались большие порции ДНК для анализа различий между двумя образцами ДНК. RFLP была одной из первых технологий, использованных для профилирования и анализа ДНК. Однако по мере развития технологий появились новые технологии, такие как STR, которые заменили старые технологии, такие как RFLP. [15]
Приемлемость доказательств ДНК в судах оспаривалась в Соединенных Штатах в 1980-х и 1990-х годах, но с тех пор стала более общепринятой благодаря усовершенствованным методам. [16]
Когда получают такой образец, как кровь или слюна , ДНК составляет лишь небольшую часть того, что присутствует в образце. Прежде чем ДНК можно будет проанализировать, ее необходимо извлечь из клеток и очистить. Этого можно добиться разными способами, но все методы следуют одной и той же базовой процедуре. Клеточные и ядерные мембраны необходимо разрушить, чтобы ДНК могла свободно находиться в растворе. Как только ДНК станет свободной, ее можно будет отделить от всех других клеточных компонентов. После отделения ДНК в растворе оставшиеся клеточные остатки можно удалить из раствора и выбросить, оставив только ДНК. Наиболее распространенные методы экстракции ДНК включают органическую экстракцию (также называемую фенол- хлороформной экстракцией), [17] экстракцию Chelex и твердофазную экстракцию . Дифференциальная экстракция — это модифицированная версия экстракции, при которой ДНК из двух разных типов клеток можно отделить друг от друга перед очисткой из раствора. Каждый метод экстракции хорошо работает в лаборатории, но аналитики обычно выбирают предпочтительный метод на основе таких факторов, как стоимость, затраченное время, количество полученной ДНК и качество полученной ДНК. [18]
RFLP означает полиморфизм длины рестрикционных фрагментов и, с точки зрения анализа ДНК, описывает метод тестирования ДНК, который использует ферменты рестрикции для «разрезания» ДНК на короткие и специфические последовательности по всему образцу. Чтобы начать обработку в лаборатории, образец должен сначала пройти протокол экстракции, который может варьироваться в зависимости от типа образца или лабораторных СОП (стандартных операционных процедур). После того, как ДНК «извлечена» из клеток в образце и отделена от посторонних клеточных материалов и любых нуклеаз, которые могут разрушить ДНК, образец можно затем подвергнуть воздействию желаемых ферментов рестрикции для разрезания на различимые фрагменты. После ферментативного расщепления проводят Саузерн-блоттинг. Саузерн-блоттинг — это метод разделения по размеру, который выполняется на геле с помощью радиоактивных или хемилюминесцентных зондов. ПДРФ может проводиться с использованием однолокусных или многолокусных зондов (зондов, которые нацелены либо на одно место ДНК, либо на несколько мест ДНК). Включение мультилокусных зондов позволило повысить способность распознавания для анализа, однако завершение этого процесса могло занять от нескольких дней до недели для одного образца из-за огромного количества времени, необходимого на каждом этапе, необходимом для визуализации зондов.
Этот метод был разработан в 1983 году Кэри Маллисом. В настоящее время ПЦР является распространенным и важным методом, используемым в медицинских и биологических исследовательских лабораториях для различных целей. [19]
ПЦР, или полимеразная цепная реакция, представляет собой широко используемый метод молекулярной биологии для амплификации определенной последовательности ДНК.
Усиление достигается серией из трех шагов:
1- Денатурация : на этом этапе ДНК нагревается до 95 ° C , чтобы диссоциировать водородные связи между комплементарными парами оснований двухцепочечной ДНК.
2-Отжиг : на этом этапе реакцию охлаждают до 50-65 °C . Это позволяет праймерам прикрепляться к определенному месту одноцепочечной матричной ДНК посредством водородных связей.
3-Удлинение : на этом этапе обычно используется термостабильная ДНК-полимераза, представляющая собой Taq-полимеразу. Это делается при температуре 72 °C . ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды в направлении 5'-6' и синтезирует комплементарную цепь ДНК-матрицы.
Используемая сегодня система профилирования ДНК основана на полимеразной цепной реакции (ПЦР) и использует простые последовательности. [9]
В разных странах используются различные системы анализа ДНК на основе STR. В Северной Америке системы, амплифицирующие коровые локусы CODIS 20 [21], практически универсальны, тогда как в Великобритании используется система локусов ДНК-17, а в Австралии используются 18 ядерных маркеров. [22]
Истинная сила анализа STR заключается в его статистической способности различать. Поскольку 20 локусов, которые в настоящее время используются для дискриминации в CODIS, сортируются независимо (наличие определенного количества повторов в одном локусе не меняет вероятность наличия любого количества повторов в любом другом локусе), можно применить правило произведения для вероятностей. . Это означает, что если кто-то имеет тип ДНК ABC, где три локуса были независимыми, то вероятность того, что этот человек имеет этот тип ДНК, равна вероятности наличия типа A, умноженной на вероятность наличия типа B, умноженной на вероятность наличия типа. C. Это привело к возможности генерировать вероятности совпадения 1 на квинтиллион (1x10 18 ) или более. [ требуется дальнейшее объяснение ] Однако поиск в базе данных ДНК показал гораздо более частое, чем ожидалось, совпадение ложных профилей ДНК. [23]
Благодаря отцовскому наследованию Y-гаплотипы предоставляют информацию о генетическом происхождении мужского населения. Чтобы изучить историю этой популяции и предоставить оценки частот гаплотипов в уголовных делах, в 2000 году была создана «Справочная база данных гаплотипов Y (YHRD)» в качестве онлайн-ресурса. В настоящее время он включает более 300 000 минимальных (8 локусов) гаплотипов из популяций со всего мира. [24]
мтДНК можно получить из такого материала, как стержни волос и старые кости/зубы. [25] Механизм управления, основанный на точке взаимодействия с данными. Это можно определить путем размещения инструмента в образце. [26]
Когда люди думают об анализе ДНК, они часто думают о телевизионных шоу, таких как NCIS или CSI , в которых образцы ДНК поступают в лабораторию и мгновенно анализируются, после чего в течение нескольких минут появляется фотография подозреваемого. Однако реальность совсем другая: на месте преступления часто не собираются идеальные образцы ДНК. Жертвы убийств часто подвергаются суровым условиям, прежде чем их находят, а с предметами, которые использовались для совершения преступлений, часто обращались более чем один человек. Двумя наиболее распространенными проблемами, с которыми сталкиваются судмедэксперты при анализе образцов ДНК, являются деградированные образцы и смеси ДНК. [27]
До появления современных методов ПЦР было практически невозможно анализировать деградированные образцы ДНК. Такие методы, как полиморфизм длины рестрикционного фрагмента или полиморфизм длины рестрикционного фрагмента ПДРФ , который был первым методом, использованным для анализа ДНК в судебной медицине, требовали наличия в образце ДНК с высокой молекулярной массой для получения надежных данных. Однако высокомолекулярная ДНК отсутствует в деградированных образцах, поскольку ДНК слишком фрагментирована для точного проведения ПДРФ. Только когда были изобретены методы ПЦР, анализ деградированных образцов ДНК стал возможен с помощью полимеразной цепной реакции . Мультиплексная ПЦР, в частности, позволила выделить и амплифицировать небольшие фрагменты ДНК, которые еще остались в деградировавших образцах. Если сравнить методы мультиплексной ПЦР со старыми методами, такими как ПДРФ, можно увидеть огромную разницу. Мультиплексная ПЦР теоретически может амплифицировать менее 1 нг ДНК, но для проведения анализа ПДРФ необходимо было иметь не менее 100 нг ДНК. [28]
Низкотемплатная ДНК может возникнуть, когда в образце содержится менее 0,1 нг ( [29] ) ДНК. Это может привести к более стохастическим эффектам (случайным событиям), таким как выпадение или включение аллелей, что может изменить интерпретацию профиля ДНК. Эти стохастические эффекты могут привести к неравной амплификации двух аллелей, происходящих от гетерозиготного человека. Особенно важно учитывать низкошаблонную ДНК при работе со смешанным образцом ДНК. Это связано с тем, что у одного (или нескольких) участников смеси количество ДНК, скорее всего, будет меньше оптимального для правильной работы реакции ПЦР. [30] Поэтому для интерпретации профиля ДНК разрабатываются стохастические пороги. Стохастический порог — это минимальная высота пика (значение ОЕФ), наблюдаемая на электрофореграмме, при которой происходит выпадение сигнала. Если значение высоты пика превышает этот порог, то разумно предположить, что выпадения аллеля не произошло. Например, если для определенного локуса на электрофорограмме виден только 1 пик, но высота его пика превышает стохастический порог, то мы можем разумно предположить, что этот человек гомозиготен и не упускает свой гетерозиготный партнерский аллель, который в противном случае выпал бы. из-за наличия низкоматричной ДНК. Выпадение аллеля может произойти, когда имеется ДНК с низкой матрицей, потому что изначально ДНК так мало, что в этом локусе участник образца ДНК (или смеси) является истинной гетерозиготой, но другой аллель не амплифицируется, и поэтому будет потерянный. Аллельное включение [31] также может происходить при наличии ДНК с низкой матрицей, поскольку иногда пик заикания может быть амплифицирован. Заикание является артефактом ПЦР. Во время реакции ПЦР ДНК-полимераза вступает в действие и добавляет нуклеотиды к праймеру, но весь этот процесс очень динамичен, а это означает, что ДНК-полимераза постоянно связывается, отрывается, а затем снова связывается. Следовательно, иногда ДНК-полимераза воссоединяется с коротким тандемным повтором перед ней, что приводит к образованию короткого тандемного повтора, который на 1 повтор меньше матрицы. Если во время ПЦР ДНК-полимераза связывается с локусом заикающегося и начинает амплифицировать его, создавая большое количество копий, то этот продукт заикания будет случайным образом появляться на электрофорограмме, что приведет к выпадению аллелей.
В случаях, когда образцы ДНК деградируют, например, в случае сильных пожаров или в случае, если все, что осталось, — это фрагменты костей, стандартное STR-тестирование этих образцов может оказаться недостаточным. Когда стандартное тестирование STR проводится на сильно деградированных образцах, более крупные локусы STR часто выпадают, и получаются только частичные профили ДНК. Частичные профили ДНК могут быть мощным инструментом, но вероятность случайного совпадения выше, чем если бы был получен полный профиль. Одним из методов, разработанных для анализа деградированных образцов ДНК, является использование технологии miniSTR. В новом подходе праймеры специально разработаны для более близкого связывания с регионом STR. [32]
При обычном тестировании STR праймеры связываются с более длинными последовательностями, которые содержат область STR внутри сегмента. Однако анализ MiniSTR нацелен только на местоположение STR, в результате чего продукт ДНК становится намного меньше. [32]
Размещая праймеры ближе к реальным регионам STR, вы повышаете вероятность успешной амплификации этого региона. Теперь может произойти успешная амплификация этих регионов STR и получить более полные профили ДНК. Об успехе, заключающемся в том, что меньшие продукты ПЦР обеспечивают более высокий уровень успеха при работе с сильно разложившимися образцами, впервые сообщили в 1995 году, когда технология miniSTR была использована для идентификации жертв пожара в Уэйко. [33]
Смеси — еще одна распространенная проблема, с которой сталкиваются судмедэксперты при анализе неизвестных или сомнительных образцов ДНК. Смесь определяется как образец ДНК, содержащий двух или более отдельных участников. [28] Это часто может произойти, когда образец ДНК берется из предмета, с которым обращались более чем один человек, или когда образец содержит ДНК как жертвы, так и нападавшего. Присутствие более чем одного человека в образце ДНК может затруднить обнаружение индивидуальных профилей, а интерпретацию смесей должны выполнять только высококвалифицированные специалисты. Смеси, содержащие две или три особи, интерпретируются с трудом. Смеси, содержащие четыре или более особей, слишком запутаны, чтобы получить индивидуальные профили. Одним из распространенных сценариев, при которых часто получается смесь, является сексуальное насилие. Может быть собран образец, содержащий материалы от жертвы, сексуальных партнеров жертвы по обоюдному согласию и преступника(ов). [34]
Смеси обычно можно разделить на три категории: тип A, тип B и тип C. [35] Смеси типа A имеют аллели с одинаковой высотой пиков повсюду, поэтому участников невозможно отличить друг от друга. Смеси типа B можно подвергнуть деконволюции путем сравнения отношений пика к высоте, чтобы определить, какие аллели были переданы вместе. Смеси типа C не могут быть безопасно интерпретированы с помощью современных технологий, поскольку образцы подверглись деградации ДНК или имели слишком малое количество ДНК.
Глядя на электрофорограмму, можно определить количество участников в менее сложных смесях по количеству пиков, расположенных в каждом локусе. По сравнению с профилем с одним источником, который будет иметь только один или два пика в каждом локусе, смесь — это когда имеется три или более пиков в двух или более локусах. [36] Если есть три пика только в одном локусе, то возможно наличие одного участника, который является триаллельным в этом локусе. [37] Смеси из двух человек будут иметь от двух до четырех пиков в каждом локусе, а смеси из трех человек будут иметь от трех до шести пиков в каждом локусе. Смеси становится все труднее подвергать деконволюции по мере увеличения числа участников.
По мере развития методов обнаружения в профилировании ДНК судебно-медицинские эксперты видят все больше образцов ДНК, содержащих смеси, поскольку теперь с помощью современных тестов можно обнаружить даже самый маленький участник. Легкость, с которой судебно-медицинские эксперты взаимодействуют между собой смесями ДНК, во многом зависит от соотношения ДНК, присутствующей у каждого человека, комбинаций генотипов и общего количества амплифицированной ДНК. [38] Соотношение ДНК часто является наиболее важным аспектом, на который следует обратить внимание при определении возможности интерпретации смеси. Например, если бы в образце ДНК участвовали два участника, было бы легко интерпретировать отдельные профили, если бы соотношение ДНК, внесенное одним человеком, было намного выше, чем у второго человека. Когда в выборке участвуют три или более участников, становится чрезвычайно сложно определить индивидуальные профили. К счастью, достижения в области вероятностного генотипирования могут сделать такое определение возможным в будущем. Вероятностное генотипирование использует сложное компьютерное программное обеспечение для выполнения тысяч математических вычислений для получения статистических вероятностей отдельных генотипов, обнаруженных в смеси. [39]
Профилирование ДНК у растений:
Профилирование ДНК растений (отпечатки пальцев) — это метод идентификации сортов, в котором используются методы молекулярных маркеров. Этот метод привлекает внимание благодаря торговым правам интеллектуальной собственности (ТРИП) и Конвенции о биологическом разнообразии (КБР). [40]
Преимущества профилирования ДНК растений:
Идентификация, аутентификация, специфическое различие, обнаружение фальсификации и идентификация фитокомпонентов — все это возможно с помощью дактилоскопии ДНК медицинских растений. [41]
Маркеры на основе ДНК имеют решающее значение для этих приложений, определяя будущее научных исследований в области фармакогнозии. [41]
Это также помогает определить признаки (такие как размер семян и цвет листьев), которые могут улучшить потомство или нет. [42]
Ранним применением базы данных ДНК было составление Согласования митохондриальной ДНК [43] , подготовленного Кевином В.П. Миллером и Джоном Л. Доусоном в Кембриджском университете с 1996 по 1999 год [44] на основе данных, собранных в рамках докторской диссертации Миллера. . В настоящее время в мире существует несколько баз данных ДНК . Некоторые из них являются частными, но большинство крупнейших баз данных контролируются правительством. Соединенные Штаты поддерживают крупнейшую базу данных ДНК : по состоянию на май 2018 года в Комбинированной системе индексации ДНК (CODIS) содержится более 13 миллионов записей. [45] В Соединенном Королевстве существует Национальная база данных ДНК (NDNAD), которая имеет аналогичный размер, несмотря на меньшее население Великобритании. Размер этой базы данных и темпы ее роста вызывают беспокойство у групп по защите гражданских свобод в Великобритании, где полиция имеет широкие полномочия по взятию проб и сохранению их даже в случае оправдания. [46] Коалиция консерваторов и либерал-демократов частично решила эти проблемы, приняв часть 1 Закона о защите свобод 2012 года , согласно которой образцы ДНК должны быть удалены, если подозреваемые оправданы или им не предъявлены обвинения, за исключением определенных (в основном серьезных или сексуальных) преступлений. правонарушения. Общественный дискурс вокруг внедрения передовых методов судебно-медицинской экспертизы (таких как генетическая генеалогия с использованием общедоступных генеалогических баз данных и подходов к фенотипированию ДНК) был ограниченным, разрозненным, несфокусированным и поднимал вопросы конфиденциальности и согласия, которые могут служить основанием для установления дополнительной правовой защиты. [47]
Закон США о патриотизме США предоставляет правительству США возможность получить образцы ДНК от подозреваемых террористов. Информация о ДНК преступлений собирается и помещается в базу данных CODIS , которую ведет ФБР . CODIS позволяет сотрудникам правоохранительных органов проверять образцы ДНК, полученные в результате преступлений, на совпадение с базой данных, предоставляя средства для поиска конкретных биологических профилей, связанных с собранными доказательствами ДНК. [48]
Когда в национальном банке данных ДНК производится сопоставление, позволяющее связать место преступления с преступником, предоставившим образец ДНК в базу данных, эту связь часто называют «холодным попаданием» . Холодное расследование имеет значение для направления полицейского органа к конкретному подозреваемому, но имеет меньшую доказательную ценность, чем совпадение ДНК, полученное за пределами банка данных ДНК. [49]
Агенты ФБР не могут законно хранить ДНК человека, не осужденного за преступление. ДНК, собранная у подозреваемого, впоследствии не осужденного, должна быть уничтожена, а не внесена в базу данных. В 1998 году мужчина, проживающий в Великобритании, был арестован по обвинению в краже со взломом. Его ДНК взяли и проверили, а позже его отпустили. Девять месяцев спустя ДНК этого человека была случайно и незаконно внесена в базу данных ДНК. Новая ДНК автоматически сравнивается с ДНК, обнаруженной в нераскрытых случаях, и в данном случае было обнаружено, что этот мужчина соответствует ДНК, обнаруженной в деле об изнасиловании и нападении годом ранее. Затем правительство привлекло его к ответственности за эти преступления. В ходе судебного разбирательства совпадение ДНК потребовалось удалить из доказательств, поскольку оно было незаконно внесено в базу данных. Просьба была выполнена. [50] ДНК преступника, собранная у жертв изнасилования, может храниться годами, пока не будет найдено совпадение. В 2014 году для решения этой проблемы Конгресс продлил действие законопроекта, который помогает штатам справиться с «накоплением» доказательств. [51]
Базы данных профилирования ДНК в растениях:
ПИДС:
PIDS (Международная система снятия отпечатков ДНК растений) — это веб-сервер с открытым исходным кодом и международная система снятия отпечатков ДНК растений на базе бесплатного программного обеспечения.
Он управляет огромным количеством данных отпечатков пальцев микросателлитной ДНК, выполняет генетические исследования и автоматизирует сбор, хранение и обслуживание, уменьшая при этом человеческие ошибки и повышая эффективность.
Система может быть адаптирована к конкретным лабораторным потребностям, что делает ее ценным инструментом для селекционеров растений, судебной медицины и распознавания отпечатков пальцев человека.
Он отслеживает эксперименты, стандартизирует данные и способствует обмену данными между базами данных.
Он также помогает регулировать качество сортов, сохранять права на сорта и использовать молекулярные маркеры в селекции, предоставляя статистику местоположения, функции слияния, сравнения и генетического анализа. [52]
При использовании RFLP теоретический риск случайного совпадения составляет 1 на 100 миллиардов (100 000 000 000), хотя практический риск на самом деле составляет 1 на 1000, поскольку монозиготные близнецы составляют 0,2% человеческой популяции. [53] Более того, уровень лабораторных ошибок почти наверняка выше, а реальные лабораторные процедуры часто не отражают теорию, согласно которой были рассчитаны вероятности совпадения. Например, вероятности совпадения могут быть рассчитаны на основе вероятности того, что маркеры в двух образцах будут иметь полосы в одном и том же месте, но работник лаборатории может прийти к выводу, что схожие, но не совсем идентичные структуры полос возникают в результате идентичных генетических образцов с некоторым несовершенством в агарозный гель. Однако в этом случае работник лаборатории увеличивает риск совпадения, расширяя критерии объявления совпадения. Исследования, проведенные в 2000-х годах, показали относительно высокий уровень ошибок, что может вызывать беспокойство. [54] На заре генетического снятия отпечатков пальцев необходимые популяционные данные для точного расчета вероятности совпадения иногда были недоступны. В период с 1992 по 1996 год произвольно низкие потолки были установлены для вероятностей совпадений, используемых в анализе RFLP, а не для более высоких теоретически рассчитанных. [55]
Можно использовать профилирование ДНК в качестве доказательства генетического родства, хотя сила таких доказательств варьируется от слабой до положительной. Тестирование, которое не показывает никакой связи, является абсолютно достоверным. Кроме того, хотя почти все люди имеют один и тот же набор генов, очень редкие особи, известные как « химеры », имеют по крайней мере два разных набора генов. Было два случая профилирования ДНК, которые ошибочно предположили, что мать не имела отношения к своим детям. [56]
Функциональный анализ генов и их кодирующих последовательностей ( открытые рамки считывания [ORF]) обычно требует экспрессии каждой ORF, очистки кодируемого белка, производства антител, изучения фенотипов, определения внутриклеточной локализации и поиска взаимодействий с другими белками. [57] В исследовании, проведенном медико-биологической компанией Nucleix и опубликованном в журнале Forensic Science International , ученые обнаружили, что синтезированный in vitro образец ДНК, соответствующий любому желаемому генетическому профилю, может быть сконструирован с использованием стандартных методов молекулярной биологии без получения какой-либо реальной ткани. от этого человека.
Поиск семейной ДНК (иногда называемый «семейной ДНК» или «поиском в базе данных семейной ДНК») — это практика создания новых следственных версий в тех случаях, когда доказательства ДНК, обнаруженные на месте преступления (криминалистический профиль), сильно напоминают доказательства существующего ДНК. Профиль ДНК (профиль преступника) есть в государственной базе данных ДНК, но точного совпадения нет. [58] [59] После того, как все другие версии будут исчерпаны, следователи могут использовать специально разработанное программное обеспечение для сравнения криминалистического профиля со всеми профилями, взятыми из базы данных ДНК штата, чтобы составить список тех преступников, которые уже есть в базе данных и которые с наибольшей вероятностью могут совершить преступление. быть очень близким родственником человека, чья ДНК включена в профиль судебно-медицинской экспертизы. [60]
Поиск в базе данных семейной ДНК был впервые использован в расследовании, которое привело к осуждению Джеффри Гафура за убийство Линетт Уайт в Соединенном Королевстве 4 июля 2003 года. Доказательства ДНК были сопоставлены с племянником Гафура, который в 14 лет не родился в время убийства в 1988 году. Его снова использовали в 2004 году [61] для поиска человека, который бросил кирпич с моста на автостраде и ударил водителя грузовика, убив его. ДНК, обнаруженная на кирпиче, совпадала с ДНК, найденной на месте угона автомобиля ранее в тот же день, но в национальной базе данных ДНК не было хороших совпадений. Более широкий поиск обнаружил частичное совпадение с человеком; На допросе этот человек рассказал, что у него есть брат Крейг Харман, который жил очень близко к месту первоначального преступления. Харман добровольно предоставил образец ДНК и признался, когда он совпал с образцом из кирпича. [62] По состоянию на 2011 год поиск в базе данных семейной ДНК не проводится на национальном уровне в Соединенных Штатах, где штаты определяют, как и когда проводить семейный поиск. Первый семейный ДНК-поиск с последующим осуждением в США был проведен в Денвере , штат Колорадо, в 2008 году с использованием программного обеспечения, разработанного под руководством окружного прокурора Денвера Митча Моррисси и директора криминальной лаборатории полицейского управления Денвера Грегга Лабержа. [63] Калифорния была первым штатом, который реализовал политику семейного розыска под руководством тогдашнего генерального прокурора Джерри Брауна , который позже стал губернатором. [64] Бывший прокурор округа Аламеда Рок Хармон, будучи консультантом Рабочей группы по семейному поиску при Министерстве юстиции Калифорнии , считается катализатором внедрения технологии семейного поиска в Калифорнии. Этот метод использовался для поимки серийного убийцы из Лос-Анджелеса, известного как « Мрачный спящий », в 2010 году . [65] Не свидетель или информатор сообщил правоохранительным органам о личности серийного убийцы «Мрачный спящий», который скрывался от полиции более двух десятилетий, но ДНК принадлежало собственному сыну подозреваемого. Сын подозреваемого был арестован и осужден по обвинению в хранении оружия, а год назад у него взяли мазок на ДНК. Когда его ДНК была внесена в базу данных осужденных преступников, детективы были предупреждены о частичном совпадении с доказательствами, найденными на местах преступления «Мрачного спящего». Дэвиду Франклину-младшему, также известному как «Мрачный спящий», было предъявлено обвинение в десяти убийствах и одном покушении на убийство. [66] Совсем недавно семейная ДНК привела к аресту 21-летнего Элвиса Гарсиа по обвинению в сексуальном насилии и незаконном тюремном заключении женщины в Санта-Крус в 2008 году. [67]В марте 2011 года губернатор Вирджинии Боб Макдоннелл объявил, что Вирджиния начнет использовать семейный поиск ДНК. [68]
На пресс-конференции в Вирджинии 7 марта 2011 года, посвященной насильнику с Восточного побережья , прокурор округа Принс-Уильям Пол Эберт и детектив полиции округа Фэрфакс Джон Келли заявили, что дело было бы раскрыто много лет назад, если бы Вирджиния использовала семейный поиск ДНК. Аарон Томас, подозреваемый в насильнике с Восточного побережья, был арестован в связи с изнасилованием 17 женщин от Вирджинии до Род-Айленда, но семейная ДНК в этом деле не использовалась. [69]
Критики поиска в базе данных семейной ДНК утверждают, что этот метод является вторжением в права человека, предусмотренные четвертой поправкой . [70] Защитники конфиденциальности ходатайствуют об ограничении базы данных ДНК, утверждая, что единственный справедливый способ поиска возможных совпадений ДНК с родственниками преступников или арестованных - это иметь базу данных ДНК для всего населения. [50] Некоторые ученые отмечают, что вопросы конфиденциальности, связанные с семейным обыском, в некоторых отношениях аналогичны другим методам полицейского обыска, [71] и большинство из них пришли к выводу, что такая практика является конституционной. [72] Апелляционный суд девятого округа в деле «Соединенные Штаты против Пула » (освобожден из-за спора) предположил, что эта практика в некоторой степени аналогична ситуации, когда свидетель смотрит на фотографию одного человека и заявляет, что она похожа на преступника, что приводит правоохранительные органы в порядок. показать свидетелям фотографии похожих лиц, один из которых идентифицирован как преступник. [73]
Критики также заявляют, что расовое профилирование может происходить на основе семейного тестирования ДНК. В Соединенных Штатах уровень осуждения расовых меньшинств намного выше, чем среди населения в целом. Неясно, связано ли это с дискриминацией со стороны сотрудников полиции и судов, а не просто с более высоким уровнем правонарушений среди меньшинств. Базы данных об арестах, которые имеются в большинстве Соединенных Штатов, приводят к еще большему уровню расовой дискриминации. Арест, в отличие от осуждения, в гораздо большей степени зависит от усмотрения полиции. [50]
Например, следователи окружной прокуратуры Денвера успешно идентифицировали подозреваемого по делу о краже имущества с помощью анализа семейной ДНК. В этом примере кровь подозреваемого, оставленная на месте преступления, сильно напоминала кровь нынешнего заключенного Департамента исправительных учреждений штата Колорадо . [63]
Частичные совпадения ДНК являются результатом поиска CODIS умеренной строгости, который дает потенциальное совпадение, имеющее хотя бы один общий аллель в каждом локусе . [74] Частичное совпадение не предполагает использования программного обеспечения для семейного поиска, такого как те, которые используются в Великобритании и США, или дополнительного анализа Y-STR и поэтому часто упускает родственные связи. Частичное сопоставление использовалось для выявления подозреваемых в нескольких случаях в обеих странах [75] , а также использовалось в качестве инструмента для оправдания ложно обвиненных. Дэррил Хант был ошибочно осужден за изнасилование и убийство молодой женщины в 1984 году в Северной Каролине . [76]
Полиция может собирать образцы ДНК без ведома подозреваемого и использовать их в качестве доказательств. Законность этой практики была подвергнута сомнению в Австралии . [77]
В Соединенных Штатах , где это было принято, суды часто постановляют, что не ожидается конфиденциальности, и ссылаются на дело Калифорния против Гринвуда (1988 г.), в котором Верховный суд постановил, что Четвертая поправка не запрещает несанкционированный обыск и изъятие мусор , оставленный для сбора за пределами дома . Критики этой практики подчеркивают, что эта аналогия игнорирует тот факт, что «большинство людей понятия не имеют, что они рискуют выдать свою генетическую идентичность полиции, например, не уничтожив использованную кофейную чашку. Более того, даже если они это осознают, существует нет способа избежать публичного отказа от своей ДНК». [78]
Верховный суд США постановил в деле Мэриленд против Кинга (2013 г.), что сбор ДНК заключенных, арестованных за тяжкие преступления, является конституционным. [79] [80] [81]
В Соединенном Королевстве Закон о человеческих тканях 2004 года запрещает частным лицам тайно собирать биологические образцы (волосы, ногти и т. д.) для анализа ДНК, но освобождает от этого запрета медицинские и уголовные расследования. [82]
Показания эксперта, сравнившего образцы ДНК, должны сопровождаться доказательствами об источниках образцов и процедурах получения профилей ДНК. [83] Судья должен убедиться, что присяжные понимают значение совпадений и несовпадений ДНК в профилях. Судья также должен гарантировать, что присяжные не путают вероятность совпадения (вероятность того, что человек, выбранный случайным образом, имеет профиль ДНК, совпадающий с образцом с места происшествия) с вероятностью того, что человек с совпадающей ДНК совершил преступление. В 1996 году Р. против Доэни [84]
Присяжные должны взвешивать противоречивые и подтверждающие доказательства, руководствуясь собственным здравым смыслом, а не математическими формулами, такими как теорема Байеса , чтобы избежать «путаницы, недопонимания и ошибочных суждений». [85]
В деле Р против Бейтса [ 86] судья Мур-Бик сказал:
Мы не видим причин, по которым доказательства частичного профиля ДНК не должны быть приемлемыми при условии, что присяжные осведомлены о присущих им ограничениях и им дано достаточное объяснение, позволяющее им оценить их. Могут быть случаи, когда вероятность совпадения по отношению ко всем проверенным образцам настолько велика, что судья сочтет ее доказательную силу минимальной и решит исключить доказательства по своему усмотрению, но это не вызывает новых вопросов. носит принципиальный характер и может быть оставлено для принятия решения в каждом конкретном случае. Однако тот факт, что в случае всех частичных доказательств существует возможность того, что «отсутствующий» аллель может полностью оправдать обвиняемого, не дает достаточных оснований для отклонения таких доказательств. Во многих случаях существует вероятность (по крайней мере теоретически), что доказательства, которые помогли бы обвиняемому и, возможно, даже полностью оправдали его, существуют, но это не дает оснований для исключения соответствующих доказательств, которые доступны и иным образом допустимы, хотя и делают их важными. обеспечить, чтобы присяжным была предоставлена достаточная информация, позволяющая им должным образом оценить эти доказательства. [87]
Законы о профилировании ДНК действуют во всех 50 штатах США . [88] Подробную информацию о законах о базах данных в каждом штате можно найти на веб-сайте Национальной конференции законодательных собраний штатов . [89]
В августе 2009 года ученые в Израиле выразили серьезные сомнения относительно использования ДНК правоохранительными органами в качестве окончательного метода идентификации. В статье, опубликованной в журнале Forensic Science International: Genetics , израильские исследователи продемонстрировали, что можно производить ДНК в лаборатории, фальсифицируя таким образом доказательства ДНК. Ученые сфабриковали образцы слюны и крови, которые первоначально содержали ДНК человека, не являвшегося предполагаемым донором крови и слюны. [90]
Исследователи также показали, что, используя базу данных ДНК, можно взять информацию из профиля и создать соответствующую ей ДНК, и что это можно сделать без доступа к какой-либо реальной ДНК человека, чью ДНК они дублируют. Синтетические олигонуклеотиды ДНК , необходимые для этой процедуры, широко распространены в молекулярных лабораториях. [90]
The New York Times процитировала ведущего автора Дэниела Фрумкина, который сказал: «Вы можете просто спроектировать место преступления… любой студент-биолог сможет это сделать». [90] Фрумкин усовершенствовал тест, который позволяет отличить настоящие образцы ДНК от поддельных. Его тест обнаруживает эпигенетические модификации, в частности, метилирование ДНК . [91] Семьдесят процентов ДНК в любом геноме человека метилированы, то есть содержат модификации метильной группы в контексте динуклеотида CpG . Метилирование в промоторной области связано с молчанием генов. Синтетическая ДНК лишена этой эпигенетической модификации, которая позволяет тесту отличить искусственную ДНК от подлинной ДНК. [90]
Неизвестно, сколько полицейских управлений используют этот тест в настоящее время, если таковые имеются. Ни одна полицейская лаборатория публично не объявила о том, что она использует новый тест для проверки результатов ДНК. [92]
Исследователи из Токийского университета впервые объединили схему репликации искусственной ДНК с перестроенной системой экспрессии генов и микрокомпартментализацией, используя только бесклеточные материалы. Многократные циклы серийного разбавления были выполнены в системе, содержащей микроразмерные капли воды в масле. [93]
Шансы на намеренное изменение ДНК
В целом, искусственная геномная ДНК, полученная в этом исследовании, которая продолжала копировать себя с помощью самокодируемых белков и улучшала свою последовательность сама по себе, является хорошей отправной точкой для создания более сложных искусственных клеток. Добавляя гены, необходимые для транскрипции и трансляции, к искусственной геномной ДНК, в будущем возможно будет возможно создать искусственные клетки, которые смогут расти самостоятельно при питании небольшими молекулами, такими как аминокислоты и нуклеотиды. Использование живых организмов для производства полезных вещей, таких как лекарства и продукты питания, в этих искусственных клетках было бы более стабильным и легче управляемым. [93]
7 июля 2008 года Американское химическое общество сообщило, что японские химики создали первую в мире молекулу ДНК, почти полностью состоящую из синтетических компонентов. Результаты могут привести к прорывам в генной терапии, нанокомпьютерам будущего и другим технологическим достижениям.
Искусственный фактор транскрипции на основе наночастиц для регуляции генов:
Nano Script — это искусственный фактор транскрипции на основе наночастиц, который должен копировать структуру и функцию ТФ. К наночастицам золота были прикреплены функциональные пептиды и крошечные молекулы, называемые синтетическими факторами транскрипции, которые имитируют различные домены TF, чтобы создать Nano Script. Мы показываем, что Nano Script локализуется в ядре и начинает транскрипцию репортерной плазмиды более чем в 15 раз. Более того, Nano Script может успешно транскрибировать целевые гены на эндогенную ДНК невирусным способом. [94]
Три разных флуорофора — красный, зеленый и синий — были тщательно закреплены на поверхности стержня ДНК, чтобы предоставить пространственную информацию и создать наноразмерный штрих-код. Эпифлуоресцентная микроскопия и флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения надежно расшифровывали пространственную информацию между флуорофорами. Перемещая три флуорофора на стержне ДНК, этот наноразмерный штрих-код создал 216 шаблонов флуоресценции. [95]
Тестирование ДНК использовалось для установления права наследования британских титулов. [132]
Случаи:
Оригинальные формы судебно-медицинского тестирования и интерпретации ДНК, использовавшиеся в 1980-х и начале 1990-х годов, подвергались большой критике во время «войн ДНК», история которых была умело рассказана другими (Kaye, 2010; Lynch et al., 2008; см. главу 1).
Но эти более ранние методы были заменены в судебно-медицинском анализе ДНК типированием дискретных аллелей STR на основе ПЦР.
Сейчас суды повсеместно признают в целом надежными как процесс ПЦР для амплификации ДНК, так и основанную на STR систему идентификации и сравнения аллелей (Kaye, 2010, стр. 190–191).
{{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)