!Учебный год 2024 / Глава XIII

4

Глава XIII

ИССЛЕДОВАНИЕ ДНК ПРИ ЭКСПЕРТИЗЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

§ 1. Возникновение и основы метода

В последние годы при экспертизе биологических объектов все чаще используются методы исследования ДНК. В начале 80-х гг. XX в. были открыты высокополиморфные, так называемые гипервариабельные области ДНК [1, 2]. В 1985 году английскими исследователями (A. J. Jeffreys и др.) была показана перспективность изученных ими гипервариабельных участков ДНК («минисателлитных» тандемных повторов) для целей генетической индивидуализации [3, 4], которая подтвердилась возможностью исследования судебно-медицинских объектов [5]. С этого времени идентификационный ДНК-анализ стал стремительно развиваться.

Другие гипервариабельные клоны были независимо получены в России Е. И. Рогаевым [6] и А. Г. Джинчарадзе и соавторами [7].

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является носителем наследственной информации об индивидууме и служит источником всех генетически обусловленных признаков, изучаемых при экспертизе биологических объектов. ДНК каждого человека в целом уникальна. Исключение составляет только ДНК монозиготных близнецов.

Молекула ДНК — это биополимер, состоящий из линейно расположенных первичных структурных единиц — нуклеотидов. В соответствии с содержанием в нуклеотидах азотистых оснований (аденина, тимина, гуанина и цитозина) они бывают четырех видов. У каждого индивидуума нуклеотиды расположены в свойственной лищь ему последовательности, что и делает его ДНК уникальной.

Чем же обусловливается генетическое разнообразие? Для этого необходимо рассмотреть принцип структурной организации генетической информации и ее передачи в процессе индивидуального развития человека и в ряду поколений [8—10].

Большая часть ДНК человека сосредоточена в ядре и называется ядерной. Каждая молекула ядерной ДНК упакована в отдельную хромосому. Хромосомы обеспечивают хранение генетической информации, использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации, наследование генетического материала.

Каждый вид организмов обладает постоянным и характерным набором хромосом в клетке (кариотипом), закрепленным в эволюции данного вида; его изменения происходят только в результате мутаций. Хромосомный набор человека состоит из 23 пар хромосом: 22 пары аутосом (неполовых хромосом) и 1 пара половых хромосом (Х- и Y-хромосом). В каждой паре хромосом, которые называются гомологичными, одна из хромосом получена от матери, а другая от отца. Наследование половых хромосом мужчин отличается той особенностью, что Y- хромосома им всегда передается от отца, а X-хромосома -— от матери.

Такой двойной (диплоидный) набор хромосом характерен для соматических клеток, из которых построен весь организм. Воспроизведение этих клеток в процессе индивидуального развития реализуется универсальным механизмом митотического деления, который обеспечивает преемственность хромосом в клеточных поколениях и образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. За счет самоудвоения (репликации) генетического материала и равномерного его распределения между дочерними клетками при каждом цикле митотического деления воспроизводится один и тот же набор хромосом. Этим обеспечивается стабильность генетической информации индивидуума на протяжении всей его жизни. Без точного копирования генетической информации при передаче ее от одних клеток организма другим в процессе его жизнедеятельности сравнение объектов при криминалистической идентификации было бы невозможным.

Передача генетической информации в ряду поколений, от родителей к детям, происходит следующим образом. Развитию нового индивидуума предшествует процесс объединения генетической информации его родителей. Для обеспечения генеративной функции в родительских организмах вырабатываются специализированные половые клетки — гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки). Гаметы несут одинарный набор генетической информации, обусловленный одинарным (гаплоидным) набором хромосом. Вся совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом, называется геномом.

В процессе созревания гаметы проходят этапы мейотического деления (мейоза), в ходе которого они переходят в гаплоидное состояние из диплоидного. Характерным для мейоза является рекомбинация генетического материала — обмен участками гомологичных хромосом, приводящий к появлению хромосом с новым сочетанием генов. Этот процесс обеспечивает генетическое разнообразие гамет, образуемых организмом. Еще одним фактором, вносящим свой вклад в формирование спектра генетических вариаций, являются мутации.

Слияние материнской и отцовской гамет приводит к образованию зиготы — диплоидной клетки, из которой развивается будущий организм. При этом происходит объединение геномов двух родительских гамет и образование генотипа нового организма. Генотип представляет собой генетическую конституцию организма, совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в их хромосомном наборе. Все соматические клетки такого организма обладают двойным набором генетических структур — полученных от обоих родителей. Если эти структуры оказались одинаковыми, то говорят о гомозиготности по данному признаку, если различными, то о гетерозиготности.

Генетическое разнообразие гамет, случайная встреча разных гамет при образовании зиготы служат источником многочисленных вариантов генотипов. Число различных комбинаций хромосом, которые один родитель может передать ребенку, составляет 2²³; число различных комбинаций парных хромосом, которые ребенок может получить от обоих родителей, — 2⁴⁶.

Кроме ядерного генома, существует также митохондриальный геном, обусловленный ДНК митохондрий [11]. В клетках млекопитающих митохондриальная ДНК составляет менее 1% всей клеточной ДНК. Митохондриальным генам свойственен внехромосомный (цитоплазматический) тип наследования. В соответствии с этим типом наследования митохондриальный геном передается в ряду поколений только по материнской линии.

Последовательность нуклеотидов определяет характер признаков, которыми обладает индивидуум: информация о последовательностях ДНК «переписывается» в свойства индивидуума. «Переписывание» генетической информации в последовательность белковых молекул осуществляется с помощью генетического кода. Код основывается на триплетах: последовательность трех нуклеотидов определяет одну аминокислоту. Кроме кодирующих областей, собственно генов, на протяжении молекулы ДНК имеется также огромное количество некодирующих регионов, функция которых изучается. Какие же участки ДНК представляют наибольший интерес для идентификации?

Молекула ДНК может быть условно разделена на множество областей. Некоторые из них имеют строение, одинаковое у всех людей, другие же обладают полиморфизмом, существуя в популяции в различных вариантах. Генетические варианты, относящиеся к одному и тому же участку (локусу) определенной хромосомы, являются аллельными. Аллель — это одна из двух или более альтернативных форм гена, каждая из которых характеризуется уникальной последовательностью нуклеотидов. В ДНК-анализе это определение распространено на любой локус, которому свойственны альтернативные генетические варианты. Альтернативными (взаимоисключающими) аллели делает то, что хромосома в норме содержит только один из серии аллелей того или иного локуса. Именно полиморфные локусы (и чаще всего — некодирующие), характеризующиеся полиаллельным состоянием структуры, представляют наибольший интерес с точки зрения идентификации личности. Главным источником гипервариабельности генома являются разнообразные семейства повторяющихся последовательностей ДНК с тандемной периодичностью. Тандемные повторы представляют собой последовательности ДНК, состоящие из одинаковых субъединиц, повторяющихся многократно. Структура таких субъединиц в одном и том же локусе у разных индивидуумов одинакова или очень близка, но число их различно.

Некоторые из полиморфных кодирующих областей уже давно изучаются при судебно-медицинских исследованиях. К их числу относится, например, известная еще с начала XX века система АВ0, а также другие эритроцитарные, сывороточные, лейкоцитарные, ферментные системы [12, 13]. Хотя структурной основой всех этих генетических систем являются последовательности ДНК, т. е. определенные сочетания нуклеотидов, непосредственно эти последовательности при традиционной экспертизе не изучаются. Исследованию подвергаются продукты, синтезируемые на основе этих последовательностей, — например, антигены. Эти продукты имеют иную природу, чем ДНК. Они относятся не к нуклеиновым кислотам, а к гликопротеинам, гликолипидам и т. д. и выявляются с помощью иммунологических, биохимических и иных методов. Учитывая, что все изучаемые в ходе судебно-медицинской экспертизы вещественных доказательств признаки, не зависимо от их природы, имеют генетическую основу и выполняются с одной и той же целью — для идентификации (выделения единичного материального объекта из массы однородных объектов), правомерно рассматривать их исследование в рамках единой концепции судебно-медицинской генетической идентификации.