Термин «ДНК», когда-то использовавшийся только учеными, стал повседневной частью нашего лексикона. Почти невозможно не знать о том влиянии, которое использование ДНК оказало на все, от судебной системы до генеалогии. Также почти невозможно не знать о полемике. Теперь, когда теоретически у каждого из нас может быть профиль, который может идентифицировать нас исключительно по нашей ДНК, многие люди беспокоятся о том, как этот профиль может быть использован.
Вы, вероятно, имеете хорошее представление о том, что такое ДНК. Если нет, прочтите статью «Как работает ДНК». Однако чего вы можете не знать, так это того, какой тип информации дает доказательство ДНК, как оно обрабатывается и как анализируется. Вот тут и приходит на помощь профилирование ДНК.
Роджер Талли/Стоун/Getty Images
В рамках процесса анализа ДНК техник исследует гель для секвенирования ДНК.
В любой ситуации, когда может использоваться ДНК, необходимо создать профиль ДНК. Профилирование ДНК, также известное как ДНК или генетическое типирование, представляет собой просто сбор, обработку и анализVNTR - уникальных последовательностей локусов (участков на хромосоме). VNTR означает тандемные повторы с переменным числом, что означает, что тандемные повторы или пары нуклеотидов различаются по количеству. Большинство последовательностей ДНК разных людей выглядят слишком похожими, чтобы их можно было различить. Однако после обработки VNTR дают полосы, которые достаточно уникальны, чтобы их можно было использовать для идентификации. Эти различия были обнаружены в 1984 году доктором Алеком Джеффрисом при изучении результатов эксперимента с использованием ДНК, принадлежащей разным членам семьи одного из его лаборантов.
До 1987 года, когда этот метод был коммерциализирован, лаборатория Джеффриса была единственной в мире, которая занималась дактилоскопированием ДНК (первоначальное название профилирования ДНК, которое было изменено из-за путаницы с фактическим дактилоскопированием).
Хотя это звучит достаточно просто, на самом деле существует несколько различных методов создания профиля ДНК, и постоянно появляются новые технологии. Далее мы рассмотрим эти методы.
Создание профиля ДНК
Если все они должны прийти к одному и тому же результату - уникальному профилю ДНК, - то почему существует так много разных методов анализа? Какой метод использовать, зависит от нескольких факторов, включая стоимость, время, доступное для анализа, а также качество и количество доступного образца ДНК.
Первым методом создания профиля ДНК былRFLP, или полиморфизм длин рестрикционных фрагментов. ПДРФ сегодня используется не так часто, потому что для этого требуется большой образец ДНК - целых 25 волосков или пятно телесной жидкости размером с никель - и на его завершение может уйти до месяца. Это также требует изучения нескольких участков цепи ДНК, чтобы найти вариации, что отнимает много времени и оставляет больше возможностей для человеческой ошибки. Некоторые этапы анализа RFLP также используются в других типах профилирования ДНК. Для RFLP шаги:
- Разделение лейкоцитов и эритроцитов с помощью центрифуги.
- Извлеките ядра ДНК из лейкоцитов. Это делается путем купания клеток в горячей воде, добавления соли и помещения смеси обратно в центрифугу.
- Разрезать цепь ДНК на фрагменты с помощьюрестрикционного фермента.
- Поместите фрагменты в один конец слояагарозного геля с электродами. Гель агарозы изготавливается из агар-агара, водорослей, которые при растворении в кипящей воде превращаются в желатин.
- Используйте электрический ток, чтобы отсортировать сегменты ДНК по длине. Этот процесс называетсяэлектрофорез в агарозном геле Электрофорез относится к процессу перемещения отрицательно заряженных молекул через гель с помощью электричества. Более короткие сегменты удаляются от своего первоначального местоположения, а более длинные остаются ближе. Сегменты выстраиваются параллельными рядами.
- Используйте лист нитроцеллюлозы или нейлона, чтобы промокнуть ДНК. Лист окрашен так, что полосы ДНК разной длины видны невооруженным глазом. При обработке листа излучением создаетсяавторадиограмма. Это изображение на рентгеновской пленке, оставленное картиной затухания излучения. Авторадиограмма с характерными темными параллельными полосами представляет собой профиль ДНК.
ПЦР(полимеразная цепная реакция) анализ обычно является первым шагом в создании профиля ДНК сегодня. ПЦР может реплицировать небольшое количество ДНК, чтобы создать образец большего размера для анализа. Он делает это с помощью повторяющегося процесса, который занимает около пяти минут. Во-первых, добавляетсятермостабильная ДНК-полимераза - специальный фермент, который связывается с ДНК и позволяет ей реплицироваться. Затем образец ДНК нагревают до 200 градусов по Фаренгейту (93 градуса по Цельсию), чтобы разделить нити. Затем образец охлаждают и снова нагревают. Повторный нагрев удваивает количество копий. После повторения этого процесса примерно 30 раз ДНК достаточно для дальнейшего анализа.
ПЦР является первым шагом в анализеSTR (коротких тандемных повторов), которые являются очень маленькими, специфическимиаллелямив вариабельном количестве тандемный повтор (ВНТР). Аллели - это пары генов, которые поочередно встречаются в определенной точке илилокусах,на хромосоме. Подробные сведения о STR см. в разделе «Как работает ДНК-доказательство». Анализ STR более точен, чем метод RFLP, потому что их небольшой размер облегчает их разделение и распознавание.
Разновидностью анализа STR является Y-STR. Анализируются только STR, обнаруженные на Y-хромосоме (которые есть только у мужчин). STR-анализ полезен, если в образце смешанная ДНК (как мужчины, так и женщины) или в случаях сексуального насилия с нападавшим мужчиной. В остальном Y-STR обрабатывается так же, как и обычный STR.
AmpFLP, полиморфизм длины амплифицированного фрагмента, является еще одним методом, использующим ПЦР для репликации ДНК. Как и RFLP, он сначала использует фермент рестрикции. Затем фрагменты амплифицируют с помощью ПЦР и сортируют с помощью гель-электрофореза. Преимущество AmpFLP по сравнению с другими методами заключается в том, что его можно автоматизировать и он не требует больших затрат. Однако образец ДНК должен быть высокого качества, иначе могут возникнуть ошибки, что характерно для большинства методов анализа ДНК. Аналитики могут провести время, различая более длинные нити, потому что они плотно сгруппированы.
Использование профилей ДНК в правоохранительных органах
Прикосновение к ДНК
ДНК часто упоминается в новостях, но в одной из последних статей появился новый термин: сенсорная ДНК. Хотя это новинка для СМИ, сенсорная ДНК существует уже несколько лет. ДНК обычно извлекают из телесных жидкостей, таких как кровь и сперма, которые часто обнаруживаются по пятнам, которые они оставляют после себя. Touch DNA включает восстановление ДНК из клеток кожи, оставленных преступником.
В деле JonBenet Ramsey следователи содрали одежду, которую носила JonBenet. В двух разных местах было достаточно доказательств, чтобы создать профиль ДНК, который совпадал с уже созданным из крови - оба принадлежат мужчине, не связанному с ДжонБенет. Это убедило прокуратуру в том, что семья Рэмси не могла нести ответственность за смерть ДжонБенета.
После создания профиля, что дальше? Это действительно зависит от того, как будет использоваться профиль ДНК. Если он был создан из ДНК, обнаруженной в ходе уголовного расследования, прокуратура в Соединенных Штатах введет его в CODIS, комбинированную систему индексации данных. CODIS - это компьютерная программа, поддерживаемая ФБР, которая управляет базами данных по всей стране. Эти базы данных содержат более пяти миллионов профилей. CODIS содержит несколько разных индексов:
- Индекс правонарушителей содержит профили людей, осужденных за различные преступления. Преступления, которые включаются в Индекс правонарушителей, различаются в зависимости от штата, и они варьируются от определенных проступков до сексуальных преступлений и убийств.
- Индекс арестованных содержит профили людей, арестованных за совершение конкретных насильственных преступлений. Точные преступления также различаются в зависимости от штата.
- TheForensic Index содержит профили, взятые из улик с места преступления, включая кровь, слюну, сперму и ткани.
- УказательПропавших без вести состоит из двух указателей: Неопознанные лица, который содержит профили, извлеченные из останков неопознанных лиц, и Справочник, который содержит профили родственников пропавших без вести. Эти два индекса периодически сравниваются друг с другом, чтобы определить, были ли найдены останки пропавшего без вести.
Фото предоставлено Федеральным бюро расследований (ФБР)
Это пример профиля ДНК в базе данных CODIS ФБР.
CODIS используеталгоритмы для сравнения 13 различных местоположений STR, а также одно, определяющее пол рассматриваемого человека. В нем есть правила и меры предосторожности для защиты конфиденциальности людей, чьи профили находятся в базе данных. Алгоритмы сопоставления, которые должны быть подтверждены аналитиком, могут предоставить информацию для правоохранительных органов или даже идентифицировать потенциального злоумышленника. Недостаток использования CODIS заключается в том, что его эффективность зависит от количества включенных профилей, и необходимо ввести еще один миллион профилей.
Прокуроры также могут использовать экспертов по ДНК для сопоставления профилей при создании дел, в которых есть высокая степень уверенности в личности нападавшего. Однако профилирование ДНК все чаще используется для людей, осужденных до того, как оно стало широко использоваться, которое началось в конце 1980-х годов. С начала 1990-х годов осужденные преступники могут использовать новейшие технологии анализа ДНК в процессе подачи апелляций. В большинстве штатов есть законы, прямо описывающие права осужденных преступников на тестирование ДНК. В некоторых случаях люди могут запросить дополнительное тестирование в любое время, в то время как в других они должны сделать это в течение нескольких лет после осуждения.
Внимание к тестированию ДНК после вынесения обвинительного приговора действительно началось с отчета Национального института юстиции 1996 года, в котором освещались 28 человек, осужденных за изнасилование и убийство, которые были реабилитированы благодаря более позднему анализу ДНК. С 1989 года более 218 осужденных преступников были освобождены после того, как тесты ДНК подтвердили их невиновность. Истинный преступник был установлен в 84 из этих случаев.
Использование профилей ДНК в генеалогии
Кимберли Батлер/Time Life Pictures/Getty Images
Профили ДНК, используемые для сопоставления происхождения, связывают Джулию Джефферсон Вестеринен с третьим президентом Соединенных Штатов. Прапрадедом мисс Вестеринен был Эстон Джефферсон, сын Томаса Джефферсона и Салли Хемингс.
Помимо уголовных процессов и апелляций, профилирование ДНК стало важным инструментом в генеалогии. Многие компании предоставляют для этой цели профилирование ДНК. Один из крупнейших, Family Tree DNA, использует тестирование Y-SRT для определения отцовской линии и мтДНК (тестирование митохондриальной ДНК) для определения материнской линии. Когда эмбрион зачат, его митохондрии - структуры внутри клеток, преобразующие энергию из пищи - происходят из яйцеклетки матери, тогда как сперма отца вносит свой вклад только в ядерную ДНК. Для получения дополнительной информации о мтДНК см. раздел «Как работает доказательство ДНК».
Национальная база данных ДНК
Создание и хранение профилей ДНК также вызывает много споров. По мере того, как базы данных, которые искал CODIS, расширились и теперь включают в себя профили не только осужденных преступников, некоторые люди начали беспокоиться о том, что правоохранительные органы, правительство или даже частные компании могут сделать с этой информацией. После того, как ваш профиль окажется в базе данных, его можно будет удалить только по решению суда. Однако если вы используете частную базу данных для генеалогических целей, вы можете запросить удаление своего профиля.
В апреле 2008 г. был подписан Закон о дискриминации в отношении генетической информации. Он разработан для того, чтобы страховые компании и работодатели не дискриминировали людей, которые могут быть генетически предрасположены к заболеванию. Чтобы узнать больше о том, что расширение баз данных ДНК может означать для будущего, см. Как будут работать базы данных преступлений в будущем.
Профили различаются по количеству деталей, которые они могут предоставить, и по тому, насколько глубоко в вашей родословной они могут определить совпадение. Например, Y-ДНК67 может указывать на чрезвычайно тесную связь между предками. Он проверяет Y-хромосому на генетические совпадения между мужчинами. Идеальное совпадение 67 маркеров на цепочке ДНК каждого человека означает, что у них есть общий предок в недавней истории. Генеалогическое древо ДНК поддерживает базы данных людей, ищущих предков, и, когда совпадение найдено, обе стороны уведомляются об этом.
Хотя профилирование ДНК может выявить происхождение, компании, которые специализируются на этом, не проводят никаких тестов специально для отслеживания наследственных дефектов или болезней. Однако генетическое тестирование, которое включает в себя не только профилирование ДНК, помогает выявить наследственную предрасположенность к некоторым заболеваниям и врожденным дефектам. Во время генетического тестирования ДНК составляется и анализируется вместе с РНК, белками и другими факторами.
Итак, профилирование ДНК может быть очень полезным, но насколько оно точно определяет соответствие? Генеалогическое древо ДНК утверждает, что оно может определить с «99,99-процентной вероятностью «да» или со 100-процентной вероятностью отсутствия отношений» в случае совпадения с предком. Это кажется довольно неопровержимым, но профилирование ДНК, особенно в уголовных делах, не является безошибочным. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые противоречия, связанные с профилированием ДНК.
Профилирование ДНК
Когда профилирование ДНК впервые было использовано в уголовных делах, прокурорам и адвокатам защиты, а также экспертам, которых они нанимали для дачи показаний, часто было трудно объяснить присяжным значение их ДНК-совпадений. Отпечатки пальцев до сих пор считаются большинством людей железным способом идентифицировать кого-либо, но эксперт, дающий показания об отпечатках пальцев, обсуждает их с точки зрения «точек сходства». Совпадения ДНК обсуждаются с точки зрения статистической вероятности с использованием того, что в настоящее время известно о сходстве ДНК в общей популяции. Это часто сбивало с толку жюри или неправильно интерпретировалось.
Роб Мельничук /PhotoDisc/ Getty Images
Ученый просматривает авторадиографию, которая является одним из первых методов анализа ДНК.
Например, эксперт, дающий показания о профилировании ДНК для обвинения, может сказать, что профиль ДНК, созданный на основе улик с места преступления, имеет вероятность 4 к 5 (или 80-процентный шанс) соответствовать созданному профилю ДНК. из образца ответчика. Однако сказать, что вероятность совпадения составляет 80 процентов, не то же самое, что сказать, что вероятность вины обвиняемого составляет 80 процентов.
С другой стороны, эксперт, дающий показания о ДНК-профилировании для защиты, может сказать что-то вроде: «Вероятность того, что ДНК этого человека была обнаружена на месте преступления, но он не совершал преступления, составляет 1 к 10». (или 10 процентов)». Это не очень высокая вероятность, но она не принимает во внимание тот факт, что обвиняемый - не просто случайный человек, которого забрали с улицы. Маловероятно, что профиль ДНК - единственная причина, по которой его или ее арестовали за преступление. ДНК - это всего лишь одна часть очень большой головоломки.
Профилирование ДНК и его интерпретация подверглись резкой критике. Анализ RFLP был частично прекращен из-за возможности ошибки. Риск случайного совпадения при использовании RFLP составляет 1 к 100 миллиардам. Однако в лабораторных условиях этот риск, вероятно, выше, потому что технические специалисты могут ошибочно принять похожие образцы за идентичные или иным образом выполнить анализ неправильно. Исследование точности лабораторий ДНК в США, проведенное в 2002 году Техасским университетом, показало, что 1 из 100 профилей может дать ложный результат.
STR-анализ не столь субъективен, но любой ДНК-профиль может дать ложный результат, если он загрязнен. Хотя не было задокументированных случаев преднамеренного заражения лабораторным работником образца ДНК, образцы ДНК были заражены или даже подделаны преступниками, чтобы избежать судебного преследования. В 1992 году доктора Джона Шнебергера обвинили в изнасиловании одной из своих пациенток, когда она находилась под действием успокоительного. Профиль ДНК был создан с использованием образца, который он оставил на жертве. Профиль образца его крови не соответствовал образцу с места преступления, и дело было закрыто. Жертва настаивала, и в конце концов доктор Шнебергер был осужден после того, как дополнительные образцы ДНК показали совпадение. Он смог избежать начального матча, вживив дренаж в свою руку, наполненный кровью другого человека и антикоагулянтом, и умело заставил техника, который взял его кровь, сделать это из этого места.
В конечном счете, профилирование ДНК оказалось удивительным инструментом. Тем не менее, это всего лишь один из многих инструментов, используемых для установления истины в уголовных расследованиях, генеалогических поисках и тестировании на болезни. Редко бывает стопроцентная уверенность в чем-либо.