Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

ДНК-идентификация

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Молекулярно-генетическая экспертиза в настоящее время является одним из самых современных и эффективных инструментов криминалистов при расследовании уголовных дел, возбужденных по факту преступлений против жизни, здоровья и половой неприкосновенности граждан, а также при установлении личности неопознанных трупов. Высока роль данной экспертизы и при расследовании уголовных дел террористической направленности. В последнее время данный вид экспертиз все чаще используется и при расследовании имущественных преступлений - краж, грабежей, мошенничеств.

ДНК, интересен еще одним свойством - возможностью хранения и использования информации о признаках ДНК в электронном виде, что впоследствии, определяет основу для формирования баз данных ДНК.

Для идентификации личности неопознанного трупа (как известно, определенное количество уголовных дел по убийствам переходит в категорию убийств прошлых лет именно по той причине, что после проведения первоначальных следственных действий и оперативно-розыскных мероприятий не установлена личность убитого), а в отдельных случаях для установления происхождения следов биологического характера, безусловно, очень важное значение имеет генотипоскопическая экспертиза, методика которой базируется на последних достижениях биологии - индивидуальности генной характеристики клеток человеческого тела.

Предметом этой экспертизы является установление индивидуальных особенностей строения ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), в конкретном случае исследование тех или других биологических фрагментов. Особенности построения молекул ДНК, которые служат программой развития организма человека, неповторимы как и отпечатки пальцев рук и только построение молекулы ДНК является идентификационным признаком при проведении генотипоскопической экспертизы. Очень высокая чувствительность методики исследования позволяет использовать ее для установления бесчисленного количества обстоятельств, имеющих отношение к объектам биологической природы. Единственный недостаток этих исследований - это ограниченное число экспертных учреждений, которые проводят такую экспертизу, а также высокая стоимость исследования, которая объясняется применением очень дорогих реактивов.

Однако можно без опасений высказаться о том, что будущее именно за генотипоскопическим анализом. Генетическая идентификация проводится в рамках судебно-медицинской идентификации, методологической основой которой служит теория криминалистической идентификации.

Основная часть

Молекулы ДНК являются линейными макромолекулами, представляющими собой длинные двойные цепи (тяжи) полимеров. Составленных из мономеров, получивших название нуклеотидов (малых органических молекул) и являющихся строительными блоками ДНК.

У всех живых существ макромолекулы ДНК построены по одному и тому же плану. Они слагаются в основном из одних и тех же нуклеотидов. В состав нуклеиновых кислот входят пуриновые (А, Г) и пиримидиновые основания (Ц, Т) и простейшие углеводы; он выделил аденин (А) и гуанин (Г), фосфорную кислоту и углеводы. Если в построении белка участвует 20 аминокислот, то нуклеотидов — всего 4 (хотя сами они — достаточно сложные образования). Их фосфатные группы освобождают в растворах ионы водорода. Сахар может быть в двух вариантах: рибоза (Р), представляющая сахар с пятью атомами углерода, к одному из которых присоединена гидроксильная группа (—ОН), и дезоксирибоза (Д), в молекуле которой в отличие от глюкозы не 6, а 5 атомов углерода (пентоза) и к одному из атомов углерода присоединен атом водорода. При этом они никогда не встречаются одновременно, поэтому этим сахарам соответствуют два типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК.

Вторичная структура была сформулирована Д.Уотсоном и Ф. Криком. Две идущие рядом нити, скрепленные одна с другой перемычками и свившиеся в двойную спираль, и есть молекула ДНК. Обе нити одинаковы по длине, остатки пар А—Т и Г—Ц разделены одинаковыми расстояниями. Двойная спираль имеет упорядоченный характер, так как каждая связь основание — сахар находится на одинаковом расстоянии от оси спирали и повернута на 36°, причем в каждой из них в зависимости от вида ДНК могут быть до миллионов блоков — нуклеотидов. Порядок их чередования определяет наследственную информацию, записанную в ДНК и передаваемую следующим поколениям. Первое предположение о роли нуклеиновых кислот в качестве генетического материала сформулировал доцент Петербургского университета А. Щепотьев (1914).

Химики понимали, что ДНК собрана из нуклеотидов, имеющих фосфатную группу, связанную ковалентно с пятиуглеродным сахаром, который связан с одним из четырех азотистых оснований. Нуклеотиды соединены друг с другом так, чтобы фосфатная группа одного была связана с сахаром предыдущего, и из их чередующихся комбинаций образуется длинная цепочка — сахарофосфатный остов молекулы. По одну сторону под прямым углом к остову располагаются основания.

Молекула ДНК оказалась закручена в спираль: снаружи спирали — остов, а внутри — перпендикулярные ему основания. На один виток спирали приходилось примерно по десять нуклеотидов, а ее толщина указывала, что скручено более одной нити. Итак, вторичная структура отражает форму нуклеиновой кислоты. Степень скручивания ДНК зависит от ферментов.

Генетические технологии, ворвавшиеся в человеческую жизнь в конце прошлого столетия, изменили наш мир настолько, что без них его уже невозможно представить. Не обошло это «поветрие» и криминалистику, где уже десятки лет генетическая идентификация используется как быстрый и относительно дешевый метод, позволяющий находить преступников и раскрывать их деяния, не выходя из лаборатории. Новая статья из цикла о криминалистике познакомит читателей с классическими генетическими подходами в этой сфере и осветит перспективы их дальнейшего развития.

ДНК-дактилоскопия: преимущества и недостатки генетических методов. Проведение генетического анализа полученных на месте преступления биологических образцов во многом упростило работу следователей. Они получили надежный инструмент, позволяющий идентифицировать преступника или его жертву, добывать неоспоримые улики и раскрывать преступления.

Главные преимущества генетической дактилоскопии — возможность работать даже с небольшими количествами биологического материала и высокая точность, позволяющая идентифицировать личность, — при условии соблюдения всех требований к анализу, включая повторные эксперименты, его достоверность превышает 99%. Этот подход стал одним из важнейших в расследовании преступлений.

Важно отметить, что классические методы ДНК-дактилоскопии не позволяют проводить идентификацию однояйцевых близнецов, генетический профиль которых одинаков, поскольку они формируются из одной оплодотворенной яйцеклетки.

ДНК-идентификация, или типирование ДНК, установление генетической индивидуальности любого организма на основе анализа особенностей его дезоксирибонуклеинововой кислоты (ДНК). Получаемый при типировании «профиль» ДНК, как и отпечатки пальцев, может использоваться для идентификации личности.

В основе типирования лежат две характеристики ДНК как носителя генетической информации: 1) последовательность составляющих ДНК элементов (нуклеотидов) имеет индивидуальные особенности у каждого отдельного животного или растения, кроме идентичных (однояйцовых) близнецов или клонированных организмов; 2) у каждой особи ДНК всех соматических клеток (клеток тела) совершенно одинакова.

Для ДНК-идентификации можно использовать любой биологический материал из живого или мертвого организма, например кровь, семенную жидкость, слюну, корни волос, кожу или же листья либо семена растений. Важно только, чтобы ДНК не была разрушена. На практике при проведении генетического типирования с целью идентификации личности или степени генетического родства (близости или отдаленности) сравнивают профили ДНК из нескольких биологических образцов и оценивают полученный результат, используя вероятностный и статистический анализ.

Процедура типирования состоит из следующих основных этапов: выделение (экстракция) ДНК из биологического материала; «разрезание» полученной ДНК на фрагменты разной длины с помощью специальных ферментов; разделение и выстраивание фрагментов по размерам; гибридизация (связывание) полученных фрагментов ДНК с радиоактивными зондами – цепочками сходной ДНК; фиксация пространственного распределения фрагментов методом радиоавтографии, т.е. на рентгеновской пленке. Связанные с радиоактивными зондами фрагменты исследуемой ДНК засвечивают рентгеновскую пленку в виде располагающихся друг под другом черных полосок, так что радиоавтограф ДНК внешне напоминает штриховые коды на упаковках товаров в магазинах.

Типирование ДНК находит разнообразное применение: в популяционно-генетических исследованиях для определения происхождения популяций людей, животных или растений; в практике судебной медицины для анализа биологических улик; для определения отцовства или степени родства; для генетического анализа клеток костного мозга при его трансплантации от донора реципиенту; для определения происхождения охотничьих трофеев или мяса в случаях браконьерства; в селекционной работе для уменьшения вероятности инбридинга (близкородственного скрещивания) при разведении вымирающих видов; для подбора генетических маркеров у животных и растений, позволяющих проследить судьбу родительских признаков в поколениях; для разрешения спорных вопросов авторства при патентовании штаммов микроорганизмов и растений; для анализа эволюционного происхождения биологических видов.

Идентификация личности: генетический аспект

Вся генетическая информация о любом живом организме «спрятана» в молекулах ДНК, носительницы наследственной информации дезоксирибонуклеиновой кислоты. Среди людей не найдется двух одинаковых. Мы можем быть похожи внешне, но ДНК у каждого «своя». Генотипы родственников очень близки, но не совпадают полностью. Эти особенности позволяют точно идентифицировать человека как индивида и как родственника других людей. Первым о возможности использования молекулы ДНК для идентификации человека заявил ученый из Великобритании А. Дж. Джеффрейс. Возможность эта основана на индивидуальности строения некоторых участков (названных гипервариабельными) молекулы, строго повторяющейся во всех органах и тканях человека. И было это не так уж и давно, в середине восьмидесятых годов прошлого века.

Генотипоскопическая экспертиза исследует биологические объекты с целью определения их принадлежности к конкретному человеку. Термин «биологический объект» обозначает все, что связано с организмом: кровь, выделения, волосы, кости, эпителий и т.д. Любая частичка нашего тела может «рассказать» о своей принадлежности. Эксперт в процессе исследований устанавливает характеристики биологических объектов. Сравнение результатов с генотипом человека позволяет сделать однозначный вывод о принадлежности конкретной личности того, что попало «на стол» эксперта. Ведь генетические характеристики постоянны и не изменяются на протяжении всей жизни.

Согласно современным данным генотип человека состоит из сорока тысяч генов, семидесяти их ассоциаций и семи основных блоков. Каждый ген (а их насчитывается от 30 до 100 тысяч), располагается в хромосомных парах. Одна ее половина переходит от отца, другая - от матери, и обе передают потомку соответствующие наследственные характеристики. Генное наследование идет как бы по принципу калейдоскопа: в какую "картинку" сложатся многочисленные составляющие, несущие наследственные черты. Вариантов - бесчисленное множество, причем важно не только качество участвующих ассоциаций и блоков, но и уровень их совместимости: какие и как между собой соединятся.

Генум индивида - это совокупность генов, полный набор "инструкций" по формированию человеческого индивида. Зашифрованные в геноме "инструкции" предопределяют как внешние признаки человека (рост, комплекция, форма лица, разрез глаз, цвет волос и т.д.), так и интеллект, восприимчивость к болезням, продолжительность жизни. Генетический "паспорт" человека состоит из 3 миллиардов знаков, а каждый отдельный ген содержит от 10 до 150 тысяч кодовых "букв".

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - огромная молекула, находящаяся в ядрах человеческих клеток в форме 46 отдельных нитей, каждая из которых свернута в клубок, называемый хромосомой. ДНК сложена в двойную спираль, похожую на скрученную веревочную лестницу, боковые стороны которой состоят из сахаров и фосфатов. Их плотно соединяют "перекладины", которые называются парами оснований, поскольку состоят из двух химических соединений азотистых оснований.

Каждое из оснований представляет букву в генетическом коде. Трехбуквенные "слова", которые нуклеотиды образуют последовательно вдоль каждой стороны "лестницы", - это инструкции для клетки о том, как собирать аминокислоты в белки, необходимые для жизнедеятельности организма. Каждое полное "предложение" в ДНК - это ген, обособленный сегмент ее нити, который ответствен за организацию синтеза специфического белка, например, для зрачка, мышцы, кости.

Вдоль молекулы ДНК располагаются последовательности оснований, которые повторяются несколько раз. Эти последовательности расположены в так называемых нитронах - частях генов, не несущих полезной информации. Состоят они из нуклеотидов, повторяющихся от 3 до 30 раз и распределенных по всей длине ДНК. У человека можно найти одинаковую последовательность нуклеотидов, повторенную 5 раз в одном месте, потом 14 раз в другом, потом 21 раз в третьем. У другого субъекта эти последовательности будут состоять из другого числа нуклеотидов и займут другие участки ДНК.

Целью идентификации является установление единичного материального объекта, поэтому все исследования, которые проводятся для достижения этой цели, является идентификационными, даже если они завершаются определением лишь типа, рода, вида и т.д. В этом случае родовая и индивидуальная идентификации являются не различными процессами, а лишь различными уровнями одного и того же процесса индивидуализации, имеющими различное значение в процессе доказывания. Если же конечной целью исследования, ради которого оно предпринимается, установление единичного материального объекта не является, а ставится задача именно определения типа, рода, вида, то исследование относится к классификационному. Понимание этих аспектов идентификации является важным и для судебно-медицинской экспертизы вещественных доказательств. Как уже было отмечено, эта экспертиза состоит из целого ряда этапов. Если расположить их в порядке возрастания уровня задачи, то низшими уровнями идентификации являются установление природы объекта, видовой и половой принадлежности, высшим - определение генетических вариантов по различным полиморфным системам (изучаемым с помощью иммунологических, биохимических, молекулярно-генетических методов), совокупность которых определяет индивидуальные генетические особенности человека. Несмотря на то, что на каждом из этих этапов изучаются классификационные признаки, все эти этапы являются частью идентификационного процесса, в связи с чем должны быть отнесены к идентификационному исследованию: и начальной, и конечной целью этих исследований является индивидуализация единичного материального объекта (конкретного человека) из массы однородных объектов (совокупности людей).

Антигенная дифференциация и ДНК-идентификация как стадии одного и того же процесса. Как видно, в основе традиционных методов установления групповой принадлежности и ДНК-анализа лежат общие идентификационные механизмы. Общность этих механизмов видна также из того, как соотносятся понятия "дифференциация" и "идентификация" в контексте понятий "антигенная дифференциация" (используемого в отношении исследования биологических объектов по изосерологическим системам) и "ДНК-идентификация". Антигенная дифференциация, по сути, означает групповую идентификацию, осуществляется в рамках идентификационного процесса и по своему механизму не отличается от того процесса, который свойственен исследованию ДНК.

Установление совпадений в ходе идентификации неотделимо от процесса дифференциации. Совпадение идентификационных признаков в сравниваемых объектах означает дифференцирование их от других объектов, не обладающих данными признаками. Каждое новое совпадение означает "отсев" других объектов, рассматривавшихся до этого как потенциально возможные носители тех же признаков. Поэтому процесс дифференциации есть суть проявление процесса идентификации. Они осуществляются на единой методологической основе, с использованием одних и тех же методов исследования, изучением одних и тех же идентификационных признаков. Целью обоих процессов является разрешение вопроса о тождестве. Оба этих процесса имеют место, как при традиционных исследованиях, так и при ДНК-анализе. Различия здесь лежат, скорее, в плоскости принятой терминологии, чем самого процесса познания.

Таким образом, различие между традиционными методами изучения меж индивидуального полиморфизма и ДНК-анализом в идентификационном аспекте не является принципиальным и состоит не в механизме идентификации, а лишь в способах, с помощью которых решается идентификационная задача. Оно касается уровня изучения генетической структуры (исследование опосредованных признаков или самой молекулы ДНК), конкретных участков ДНК и степени информативности исследования. И традиционные методы, и ДНК-анализ изучают групповые признаки, которые, в совокупности, обеспечивают возможность познания индивидуальных генетических свойств человека.

Исследование, проводимое с целью установления лица, являющегося источником происхождения интересующего биологического объекта, является единым идентификационным процессом. Методы исследования, используемые на разных его этапах, различаются только по содержанию получаемой генетической информации и способам ее получения, но различия не затрагивают идентификационный механизм в целом. И с методической, и с терминологической точек зрения вызывает возражения выделение ДНК-анализа в самостоятельный вид экспертизы, называемой в последнее время в литературе "судебно-генетической" или "генетической".

Что же касается терминологической стороны, то термин "генетический" может также относиться и к исследованиям, выполняемым на основе любых других методов изучения генетически обусловленных признаков, в том числе традиционно применяемых в судебно-медицинской экспертизе методов исследования изосерологических генетических маркеров.

В этих условиях его употребление по отношению лишь к молекулярно-генетическим исследованиям не является корректным. Обозначение экспертизы, проводимой с применением ДНК-анализа, с помощью какого-либо специального названия может использоваться только условно, для тех или иных служебных целей - для упрощения учета экспертиз и т.д., а не в рамках официальной классификации экспертиз. (В этом случае экспертиза может, например, называться "генотипоскопической".

Давно используясь для обозначения судебно-медицинского ДНК-анализа, это название указывает на применение методов исследования ДНК, не неся при этом ограничений и в отношении иных методов, которые обычно применяются наряду с молекулярно-генетическими методами в экспертизе вещественных доказательств.)

ДНК-дактилоскопия: другие применения

Кроме идентификации человека ДНК-дактилоскопия находит применение во многих других аспектах криминалистических исследований. К ним относятся идентификация видов животных, растений и даже микроорганизмов.

Видовая идентификация является одним из важнейших компонентов в судебной практике. В некоторых случаях ДНК-дактилоскопия используется при расследовании преступлений, связанных с браконьерством или торговлей исчезающими видами . Кроме того, она применяется в расследовании крупных мошеннических схем в пищевой промышленности, например, для оценки видов, присутствующих в мясных или рыбных продуктах. С целью экономии некоторые недобросовестные производители могут добавлять в свою продукцию более дешевые виды мяса, рыбы или заменять животные белки растительными.

Современные методы генетического анализа позволяют различать наркосодержащие растения — в частности, каннабис. Уже сегодня разработаны STR-маркеры, с высокой долей вероятности, идентифицирующие наркосодержащие и промышленные сорта конопли. Так же как и с животными, методы ДНК-идентификации используются для борьбы с браконьерством и незаконным сбором растений, находящихся на грани вымирания и занесенных в красные книги.

Немаловажным направлением криминалистических исследований может стать и анализ микробиоты. Дело в том, что многие бактерии являются хорошей уликой для следствия: состав бактериальных сообществ носового платка, забытого на месте преступления, может много рассказать о его владельце, включая его диету и список сопутствующих заболеваний. Комок грязи, упавший с подкрылка автомобиля, может нести информацию о последнем маршруте транспортного средства. Бактериальный состав лесных, луговых, глинистых или песчаных типов грунта значительно различается и поэтому может стать не менее эффективной уликой, чем определение местоположения по активности мобильного телефона.

Расшифровка генетической информации.

Полимерные цепи белков состоят из мономерных звеньев – аминокислот и последовательность расположения их в белковой молекуле строго специфична. В связи с этим очевидно, Что в ДНК должна храниться информация не только о качественном и количественном составе аминокислот в молекуле данного белка, но и о последовательности их расположения. Соответственно каким-то образом должны быть закодированы в полинуклеотидной цепи ДНК каждая аминокислота и белок в целом.

Зная, что аминокислот всего 20, а нуклеотидов – 4, легко представить себе, что 4 нуклеотидов явно недостаточно для кодирования 20 аминокислот. Недостаточно также и кода из двух нуклеотидов на каждую кислоту (4 = 16). Для кодирования 20 аминокислот необходимы группы по меньшей мере из трех нуклеотидов (4 = 64). Подобная группа, несущая информацию об одной аминокислоте в молекуле белка, называется кодоном. Весь же участок ДНК, ответственный за синтез одной молекулы белка, в целом как раз и есть ген. Значит, в гене столько кодонов, сколько аминокислот входит в состав данного синтезируемого белка.

Синтез белков происходит на рибосомах. ДНК же локализована в ядре, в его хромосомах. Возникает вопрос: каким образом генетическая информация из ядра переносится в цитоплазму на рибосому? Предположить, что ДНК сама поступает через поры ядерной мембраны, нельзя: Ведь ДНК ядер обладает огромной молекулярной массой и в связи с этим просто не может проникнуть через крошечные поры ядерной мембраны. Поэтому должны быть какие-то более мелкие молекулы – посредники, передающие генетическую информацию от ДНК к белкам. А.Н. Белозерский и А.Г. Спирин выдвинули соображение, что эту роль играют молекулы РНК.

Но сразу же возникает другой вопрос: как копируется информация с ДНК на более короткие молекулы РНК? Чтобы ответить на него, надо вспомнить, что в строении нуклеотида ДНК и РНК много общего. В частности, из-за сходства азотистых оснований информация с ДНК на РНК может переноситься по принципу комплиментарности, согласно которому образовывать пары могут не только нуклеотиды в системе ДНК-ДНК, но и нуклеотиды в системе ДНК-РНК.

Поскольку РНК так же, как и ДНК, содержит пуриновые и пиримидиновые основания, на участках одной их цепей ДНК при помощи фермента РНК – полимеразы строятся комплиментарные короткие цепи РНК. Этот процесс синтеза РНК на матрице ДНК, происходящий с помощью ферментов, носит название транскрипции. В результате процесса транскрипции закодированная в ДНК последовательность нуклеотидов, которая и представляет собой определенную генетическую информацию, передается на РНК. Транскрипция происходит на отдельных участках ДНК – генах, каждый из которых содержит набор кодонов, программирующих последовательности аминокислот в данной молекуле белка.

Рибонуклеиновая кислота, на которой сделана копия ДНК, состоит из одной цепи нуклеотидов, у которых дезоксирибоза заменена на рибозу., а тимин (Т) заменен на урацил (У) .

Таким образом, в каждом кодоне ДНК транскрибируется в комплиментарный кодон РНК. В результате получается как бы негатив РНК с позитива – ДНК. Эта РНК, снимающая информацию с ДНК, называется информационной РНК (и-РНК).

К настоящему времени ученым удалось расшифровать кодоны для всех аминокислот. Оказалось, что одной аминокислоте зачастую соответствует несколько кодонов. Такой код называется вырожденным. Наряду с этим обнаружилось, что некоторые кодоны не кодируют ни одну аминокислоту. Их называют бессмысленными. Бессмысленные кодоны имеют очень важное значение, так как определяют границы начала и конца транскрипции, то есть границы генов в данной молекуле ДНК.

Заключение

Молекулярно-генетическая экспертиза — это крайне важный высокотехнологичный раздел криминалистики. Помимо того, что сегодня молекулярно-генетическая экспертиза является золотым стандартом криминалистики, она продолжает свое активное развитие как в виде самостоятельного направления, так и в синтезе с другими криминалистическими (и не только) дисциплинами. Благодаря работе экспертов-генетиков было и будет раскрыто еще множество дел и преступлений, а неизбежное совершенствование технологий открывает новые горизонты для использования молекулярной генетики в криминалистике.

Конечной целью молекулярно-генетических идентификационных исследований следует считать достижение крайних уровней доказательства гипотез о кровном родстве, принадлежности трупа (останков) или биологического объекта конкретному лицу.

В единичных случаях идентификации и при исследовании групп, не ограниченных численным и личностным составом, оценку результатов молекулярно-генетических исследований предлагается производить по методике, изложенной в таблицах 3, 4.

При исследованиях в закрытых группах оценку результатов рекомендуется производить из расчета значения LR не менее чем на порядок превышающего численность группы.

В заключении (акте) судебно-медицинского эксперта-генетика раздел «Исследование» должен быть дополнен подразделом «Оценка результатов»

Список литературы

  1. Ашмарин И.П. Молекулярная биология, М., 2004;
  2. Биологический Энциклопедический словарь
  3. Строение ДНК и положение организмов в системе, под ред. А. Н. Белозерского и А. С. Антонова, М., 2002;
  4. Мушкамбаров Н. Н., Кузнецов С. Л Молекулярная биология, М., 2007
  5. Айала Ф. Кайгер Дж. Современная генетика Т.1, пер.с англ. ,под ред. Ю.П. Алтухова.
  6. Трегубов С.Н. Основы уголовной техники. Научно-технические приемы расследования преступлений. Практическое руководство для судебных деятелей. Петроград: издание юридического книжного склада «Право», 1915;
  7. Сорокун П.В. и Журавлева О.С. (2018). История развития криминалистики в России. «Эпоха науки». 13, 40–44;
  8. Клеточное ядро, Морфология, физиология, биохимия, под ред. И. Б. Збарского и Г. П. Георгиева, М., 2002;
  9. Дубнишева Т.Я. Концепции современного естествознания, М., 2006