Клеточки сыпятся с нас постоянно»: как раскрывают тяжкие преступления по ДНК

Сколько времени сохраняется днк на вещах предметах. Клеточки сыпятся с нас постоянно»: как раскрывают тяжкие преступления по ДНК Физическая активность.

«Клеточки сыпятся с нас постоянно»: как раскрывают тяжкие преступления по ДНК

В преддверии Дня сотрудников органов следствия России, который отмечался в минувшие выходные, ЧС-ИНФО побывал в ДНК-лаборатории Следственного управления Следкома России в Новосибирской области и узнал, что помогает раскрыть самые тяжкие преступления во всей Сибири и почему некоторые экспертизы длятся по полгода.

«Клеточки – они везде»

Если раньше преступников находили по отпечаткам пальцев, то теперь – все чаще по генетическому следу. Молекулярно-генетические экспертизы сейчас стали одним из самых эффективных инструментов криминалистов при расследовании убийств, изнасилований и других тяжких преступлений.

«Когда-то биологи могли исследовать только слюну, кровь и семя мужчин. Сейчас же, в основном, мы работаем с эпителиальными клетками. Эпителий постоянно слущивается – клеточки сыпятся с нас постоянно. И волосы, – рассказывает эксперт экспертно-криминалистического отдела следственного управления СКР по Новосибирской области Евгения Шульгина. – Сейчас преступники не курят, потому что знают, что на окурке останется слюна. Почти не стало жвачек на глазках, пальцев тоже почти нет. Зато практически всегда и везде есть эпителиальные клетки».

Эти самые клетки на вещдоках с мест преступлений находят восемь экспертов, которые работают на всю Сибирь. Требования – более чем серьезные: вчерашний выпускник вуза сюда точно не попадет. В штате – ученые, кандидаты наук и уникальные для России специалисты. Например, эксперт, изучающий Y-хромосому. Благодаря ему можно получить не только генетический профиль, но и определить этногеографическое положение человека, то есть выяснить национальность человека, оставившего биологический след на месте преступления.

«Был такой педофил, девочки описывали восточную внешность. Выделили ДНК педофила, сделали анализ по Y-хромосоме. Эксперты сказали, что человек по мужской линии относится к бурятам, и даже называли конкретный район в Бурятии. Когда Очирова задержали, оказалось, что у него мать русская, а отец действительно бурят и как раз из того самого района», – делится эксперт лаборатории.

Руслан Очиров совершил 14 преступлений, первое – в 2003 году. Он проникал в подъезды вслед за девочками, заходившими с улицы домой. Как только дети открывали двери квартир, незнакомец обращался к ним, представляясь сотрудником ЖЭКа, говорил, что нужно проверить счетчик. Убедившись, что родителей дома нет, Очиров совершал надругательство над детьми и уходил.

«Невидимые» следы

Генетический профиль, над которым усердно работают в лаборатории – это некий график с цветными пиками и множеством цифр на мониторе компьютера. В таком виде эксперт получает результаты исследования биологического следа. Но прежде чем его получить, эксперт проводит десятки манипуляций.

Начинается все с осмотра вещественных доказательств. В молекулярно-генетическую лабораторию СКР в Новосибирске доставляют вещдоки с мест преступления со всей Сибири – всё, что может указать на преступников. Были здесь даже бетонные плиты, резиновые лодки, и разобранные автомобили.

«Приходит к нам вещественное доказательство. Сначала мы описываем упаковку, сверяем подписи понятых, а затем вскрываем упаковку, осматриваем вещи и фотографируем. Далее каждый из вещдоков рассматриваем с использованием спецтехники – в ультрафиолете и со специальными фильтрами. Так ищем биологические следы на вещах: кровь, слюну, волосы, фрагменты костей, мышечной ткани, выделения. Все, что относится к биологии и из чего можно получить генетический профиль человека, – рассказывает эксперт. – Часть следов – например, кровь – они видимы глазу. Другие пятна – допустим, слюну на белой поверхности, семя – мы можем не увидеть. Для этого существует специальная техника – источник криминалистического света».

Найденные на вещдоках биологические следы вырезаются и в пробирках отправляются в другие кабинеты, где из них выделяют ДНК. Сложный процесс начинается с установления природы следов – эксперты определяют, что именно оставил преступник – кровь, семя, слюну, волос или иное. Затем – выделение ДНК из клеток, путем ее разрушения, определение качества и количества выделенной ДНК, размножение определенных участков ДНК, разделение и визуализацию. Затем следует анализ полученных результатов, вероятностно-статистическая оценка и, наконец, заключение эксперта.

«Анализируются все образцы ДНК, которые мы получили, и создаются генетические профили. Погрешностей у нас нет: мы можем сделать профиль, сделать его второй раз, третий, и они всегда будут идентичны. Генетический профиль строго индивидуален для каждого человека. Одинаковый только у однояйцевых близнецов, у родственников он будет похож. Но у каждого он уникальный», – говорит Евгения Шульгина.

Задача экспертов – составить генетический профиль, а поиском человека, ДНК которого совпадет с этим профилем, занимаются сотрудники других отделов.

«По делу Чуплинского было 19 эпизодов. С разных мест преступлений шел одинаковый профиль. Мы определили генетический профиль насильника, а как его найти – это уже работа оперативников. По этому делу привозили около пяти тысяч образцов ДНК», – рассказывает эксперт лаборатории.

Евгения Чуплинского признали виновным в убийстве 19 проституток. Он убивал с конца 1990-х. Расчлененные тела обнаруживали в разных частях города — чаще всего на обочинах дорог и свалках. Отрезанные головы находили завернутыми в мешки или капюшоны, лица погибших были обезображены пентаграммами.

«Мы не вслепую работаем»

Кстати, прежде чем искать биологические следы на предметах, доставленных с места преступления, эксперт детально изучает обстоятельства дела со следователем: вчитывается в протокол осмотра места происшествия, выстраивает несколько возможных версий произошедшего и отрабатывает их. Это даёт возможность понять, что и где искать.

«Опытный эксперт уже знает, в каких местах можно найти следы. Поступила, например, одежда с трупа. Можно совершенно бестолково всю её на квадратики разрезать, и тогда понадобится много времени на экспертизу. А можно, подумав, проанализировав обстоятельства дела, предположить, как был найден труп. Если были вывернуты карманы, то, скорее всего, там есть следы преступника. Мы не вслепую работаем – изучаем, где более вероятно найти следы», – продолжает Евгения Олеговна.

Эксперт рассказывает, что детальный анализ и моделирование преступления помогает раскрывать дела, которые произошли уже очень давно.

«Нашли старый-престарый труп. Ни следов крови, ничего нет. Судя по фотографии, его тащили за ноги – приспущены штаны. Возможно, стаскивали из машины и под мост кинули. Я предполагала, что его тащили за ноги. Несмотря на то, что много лет прошло и одежда уже полусгнила, с этих мест, где предположительно держал преступник, я сняла эпителиальные клеточки и получила чистый профиль преступника. Было два предполагаемых лица, кто его мог убить. И действительно профиль совпал с ДНК одного из них», – вспоминает Евгения Шульгина.

Биологические следы, оставленные на вещественных доказательствах, как правило, остаются пригодными для исследования ДНК даже спустя десятки, а то и сотни лет. Поэтому возможности, открывшиеся криминалистам с появлением молекулярно-генетической экспертизы, стали поводом для ревизии вещественных доказательств. Когда эксперты-генетики СКР только начинали работать, им доверили проведение повторных экспертиз по старым, уже отработанным, делам.

«Раньше эксперты работали на ощупь, когда не было этой техники. Теперь всё иначе, – рассказывает Евгения Шульгина, показывая шапку с двумя аккуратно вырезанными квадратиками. – Это шапка подозреваемого в убийстве парня, труп которого нашли в гаражах. Делали экспертизу, шапочку осмотрели, никаких следов. Эксперты сделали несколько вырезов, но не попали никуда, написали, что крови нет. И подозреваемого отпустили. Мы сделали повторную экспертизу, наша техника показала места, где точно есть кровь. Оказалось, что это кровь убитого парня».

Другая повторная экспертиза, но уже с использованием новой техники, помогла восстановить честное имя мужчины, которого оклеветала падчерица, обвинив его в изнасиловании.

«Отчима-то посадили, а мы потом разобрались, что след на платье девочки содержит эпителиальные клетки и семя. Семя действительно отчима, а эпителиальные клетки – не девочки, а её мамы. То есть она села в пятно и сказала, что он изнасиловал. К сожалению, не успели освободить: он скончался в тюрьме», – вздыхает эксперт.

Исследование длиной в полгода

Сейчас практически ни одно дело по серьезным статьям не проходит без генетической экспертизы. Поэтому в лаборатории большая очередь на исследования: некоторые из-за большого объема вещдоков могут длиться несколько месяцев.

«ДНК выделяется одинаковое количество времени, анализируется все в автоматическом режиме, тут все стандартизировано. Но чем больше вещдоков в экспертизе, тем дольше она делается. Если надо изучить только плавки с потерпевшей, на это уйдет неделя. Было дело, по которому мы работали, наверное, полгода. Всё, что нашли у людоеда Спесивцева, всё привезли к нам – порядка 80 мешков с вещами разных людей, окровавленной обувью, одеждой», – рассказывает Евгения Шульгина.

Александра Спесивцева называют «новокузнецким канибаллом» и считают одним из самых жестоких серийных убийц. На его счету как минимум двадцать жертв, по которым собраны доказательства. Не доказаны еще шестьдесят. Девушек он убивал с особой жестокостью, в некоторых случаях заставлял их есть плоть предыдущих жертв. Заманивать женщин домой и избавляться от останков маньяку помогала мать.

Но есть и срочные экспертизы, когда счет идет на часы. В таком случае эксперты работают в лаборатории круглосуточно.

«В основном наши эксперты не выезжают, но иногда это требуется. Следователи-криминалисты, конечно, всему обучены, они знают, как изымать все следы, они универсалы, но иногда едет именно эксперт-генетик. В некоторых случаях без нашего участия следы могли быть утеряны. Было такое дело: пропала школьница в Новосибирской области, вечером нашли трупик. Наш эксперт-генетик выехал, снял следы, клеточки, приехал в лабораторию и к утру у нас уже были результаты, был профиль. Как раз под утро нашли человека со следами крови, который мог быть причастен. Взяли образец, привезли к нам, мы сравнили. Еще сутки не прошли, а мы уже точно сказали, что этот человек – преступник», – говорит эксперт.

В целом же в законе обозначено: экспертиза должна быть проведена в разумные сроки. «То есть не затягивать, но и не гнать», – отмечает эксперт.

«Не найдут следы – я ни при чем»

В этой лаборатории сразу становится понятно: у преступников просто нет шансов остаться неизвестным. Эксперты могут найти ДНК даже из мельчайших следов – прямо как в классических сериалах о следователях.

«Нас сравнивают с ФЭС (Федеральная Экспертная Служба из сериала «След» (16+), – Прим.Ред), – улыбается Евгения Олеговна. – Когда сериал только появился, там было очень много неграмотного. А потом, может быть, появились консультанты, и сейчас уже все более приближенно к нашей работе, все меньше ляпов».

Эксперт смеется: преступники тоже смотрят кино, на преступление идут в масках. А уже бывалые в местах заключения люди – рецидивисты – не сознаются, пока генетики не дают заключения.

«Некоторые уже отсидели и “школу прошли”. Они совершают повторные преступления, рецидивисты, и не сознаются. Говорят: “Если ваши генетики на месте преступления найдут мои следы, я явку с повинной напишу, я сознаюсь. Не найдут – я ни при чем, не накажете”. Но эпителий он всегда находится», – заключает эксперт экспертно-криминалистического отдела следственного управления СКР по Новосибирской области Евгения Шульгина.

Евгения Олеговна Шульгина

Поделиться:

Новости партнеров:

Еще по теме:

В Новосибирске до суда дошло дело об организации казино жителем Искитимского района

В полиции назвали самые криминальные районы Новосибирска

Бийчанин, обвиняемый в похищении девочки, по-прежнему находится на свободе

Друзей застреленного полицейским азербайджанца обвинили в нападении и разбое

Криминалистика. Молекулярно-генетическая экспертиза

Обзор

Автор

Редакторы

• Биотехнологии
• Генетика
• Диагностика

Рецензенты

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.

Криминалистика

Спецпроект посвящен криминалистике — науке, которая занимается расследованием преступлений.

Спонсор этой статьи — компания Thermo Fisher Scientific, мировой лидер в области науки с годовым доходом свыше 25 млрд $. Миссия компании — помочь клиентам сделать мир здоровее, чище и безопаснее. Глобальная команда, насчитывающая более 75 000 сотрудников, обеспечивает непревзойденное сочетание инновационных технологий, удобства закупок и фармацевтических услуг, востребованных клиентами. Ведущие брэнды компании: Thermo Scientific, Applied Biosystems, Invitrogen, Fisher Scientific, Unity Lab Services и Patheon.

В качестве рецензента этой статьи выступила Светлана Александровна Боринская — заведующая лабораторией анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, специалист в области исследования генома человека и популяционной генетики.

Спецпроект выполнен в сотрудничестве со Следственным комитетом Российской Федерации. Куратор спецпроекта — старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации Сергей Васильевич Кряжов. Вместе с ним эту статью рецензировала старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации Анна Игоревна Баранова.

Также в качестве рецензента мы пригласили Елену Клещенко — биолога, научного журналиста и писателя, заместителя главного редактора портала PCR.news, автора книги «ДНК и её человек».

В предыдущих статьях нашего спецпроекта мы рассказывали об истории возникновения криминалистики и ее развитии [1], а также о разнообразных видах криминалистических экспертиз [7]. А этот материал мы посвятим молекулярно-генетической экспертизе, в частности — такому ее разделу как ДНК-дактилоскопия или ДНК-идентификация. Мы поговорим об истории появления этой системы методов, изучим, как она работает и какие задачи решает. Также мы немного затронем тему ДНК-фенотипирования — восстановления облика человека с использованием ДНК.

Генетика и криминалистика: история синтеза, или Как стать рыцарем своей королевы

Сто пятьдесят лет назад Иоганн Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты, представление о которых со временем перевернуло мир [2]. К середине XX века стало понятно, что ДНК и РНК являются носителями наследственной информации, затем была описана их структура, а чуть позднее появились многочисленные методы, позволяющие нарезáть эти молекулы в пробирке с помощью клеточных ферментов рестриктаз [3]; амплифицировать их, используя метод ПЦР [4]; и даже прочитывать последовательность конкретных генов и геномов, применяя многочисленные методы секвенирования [2] .

Первоначально работы с генетическим материалом проводили буквально на «коленке» и не всегда могли воспроизвести даже в соседней научной лаборатории. Но время шло, подходы менялись, а методы стандартизировались до такой степени, что постепенно внедрились в прикладные исследования и даже биотехнологические производства.

В 1984 году научное сообщество всколыхнула новость — ученым удалось выделить и прочитать фрагмент ДНК вымершей и сохранившейся лишь в музейных коллекциях бурчелловой зебры [5]. Годом позже шведский генетик Сванте Паэбо подтвердил возможность использования музейного и археологического материалов для фундаментальных научных исследований, впервые проанализировав генетический материал египетских мумий. Спустя годы выяснилось, что анализируемые им образцы были загрязнены современным генетическим материалом [6], однако развитие методов секвенирования все же позволило работать даже с минимальными количествами плохо сохранившейся ДНК.

Новыми техниками анализа генетического материала заинтересовались и криминалисты. Дело в том, что привычные к тому времени методы классической дактилоскопии и анализа групп крови имели свои ограничения и в некоторых случаях давали осечки .

С подробным рассказом о дактилоскопической, серологической и многих других видах экспертиз вы можете ознакомиться в предыдущей статье нашего спецпроекта «Криминалистика и судебные экспертизы: запутанная история» [7].

Рисунок 1. Сэр Алек Джеффрис — британский генетик, разработавший технику ДНК-дактилоскопии

В 1984 году британский ученый Алек Джеффрис (рис. 1) разработал и представил метод идентификации личности человека с использованием его генетического материала. В дальнейшем этот подход получил название ДНК-дактилоскопии (или ДНК-идентификации), завоевав любовь и уважение у криминалистов всего мира. Джеффрис же за свою работу был посвящен в рыцари.

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 [8].

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

Там, где не может справиться генетика, на помощь приходит эпигенетика! Использование эпигенетики в криминалистике позволяет решать некоторые задачи, недоступные «классической» генетике, в том числе возможность различения монозиготных близнецов. Подробнее об этом читайте в следующей статье нашего спецпроекта.

Для анализа ДНК в первую очередь нужна сама ДНК, но далеко не всегда получается извлечь качественный генетический материал из биологических образцов, подвергшихся воздействию химических и термических факторов. Попадая в окружающую среду, эта молекула вступает в химические реакции, разрушается (фрагментируется) и модифицируется, хотя в благоприятных условиях может сохраняться тысячелетиями [9]. Известно, что наиболее древний генетический материал предков человека удалось извлечь из костных останков наших человекообразных сородичей, обитавших на территории Пиренейского полуострова (Сьерра-де-Атапуэрка) около 430 тысяч лет назад [10]. Специфический микроклимат некоторых пещер с низкими показателями влажности и температуры значительно увеличивает время жизни генетического материала. Однако ДНК в обнаруженных на месте преступления образцах зачастую представлена в минимальных количествах и также, как и в археологических образцах, бывает сильно разрушена.

В Европе и Соединенных Штатах обращают внимание на еще один минус генетической дактилоскопии, связанный с вмешательством в личную жизнь человека и нарушением его приватности. Борцы за права человека опасаются, что генетическая информация преступников и лиц, подозреваемых в совершении преступлений, может попасть в третьи руки и затем использоваться ненадлежащим образом [11]. Например, уже известны случаи использования генетической информации для контроля над мусульманскими меньшинствами в китайской провинции Синьцзян [12]. США также планируют проводить систематический сбор профилей ДНК иммигрантов, находящихся под федеральным арестом [13]. Очевидно, что опасения борцов за права человека не беспочвенны и имеют под собой реальные основания.

ДНК-дактилоскопия: как это работает

В основе методов ДНК-дактилоскопии лежит генетическая изменчивость человека. Нуклеотидные замены в ДНК (в зависимости от частоты в популяции, их называют также ДНК-полиморфизмами, или мутациями) делают нас индивидуально различными. Причем эти отличия могут быть найдены как в ядерных, так и в митохондриальных геномах — небольших кольцевых молекулах ДНК, которые регулируют работу митохондрий, энергетических «фабрик» клеток.

Следует отметить, что ДНК-полиморфизмы можно обнаружить в геноме каждого из нас — именно они становятся нашим неповторимым ДНК-штрихкодом. Некоторые из них могут стать причиной серьезных заболеваний [14], но в большинстве случаев они никак не влияют на нашу жизнедеятельность.

Рубрика «Комментарий эксперта»

Молекулярно-генетическая экспертиза и расследование преступлений

Рассказывает Светлана Александровна Боринская, заведующая лабораторией анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН.

Использование генетической экспертизы помогает раскрыть множество преступлений: кражи, похищения, убийства . Известны случаи, когда применение молекулярно-генетических методов позволяло установить личность преступника по нераскрытому ранее делу или же освободить невиновного человека. Одним из таких примеров является расследование дела по факту изнасилования девушки в Красноярском крае в 2002 году. Генетический анализ биологического материала, оставшегося в результате преступления, помог бы установить личность преступника, однако на тот момент следствие не обладало соответствующим оборудованием. Косвенные улики указывали на мужчину, который долгое время числился подозреваемым, но так и не был осужден. В 2009 году в лаборатории ДНК-анализа ЭКЦ ГУВД по Красноярскому краю появилась возможность провести генетическую экспертизу сохранившихся биологических образцов. Результаты экспертизы показали, что мужчина, который все эти годы подозревался в совершенном преступлении, невиновен, а обнаруженный ДНК-материал принадлежит 44-летнему мужчине, который уже отбывал наказание в одной из колоний края.

Подробнее об этих и других примерах расследований с помощью ДНК-экспертизы можно прочитать в 7 главе учебника «Криминалистика. Учебник для бакалавров», написанной Светланой Боринской, а также в научно-популярной книге «ДНК и ее человек» Елены Клещенко. — Ред.

Но иногда работа с генетическим материалом может привести к неожиданным результатам и даже завести следствие в тупик. Примером такого дела служит уголовное расследование по факту похищения и убийства малолетнего мальчика, на одежде которого обнаружили кровь неустановленного мужчины. В ходе следствия провели генетический анализ образца крови, однако его сравнение с генетическими профилями более 2000 человек не показало ни одного совпадения. Выяснилось, что обнаруженные следы крови принадлежат следователю, который проводил осмотр места происшествия. Несмотря на то, что он работал в перчатках, случайным образом произошел перенос его генетического материала: он убил комара и таким образом перенес следовые количества своей крови на одежду трупа в ходе изъятия предметов.

Еще одним примером, когда генетический анализ вводил следствие в заблуждение, является известный случай «Фантома из Хайльбронна». В ходе расследования самых разнообразных и несвязанных с собой дел (ограблений, взломов, убийств и др.) в разных странах (Австрии, Германии и Франции) на месте преступления регулярно выявляли ДНК одной и той же женщины. Позднее установили, что носительница обнаруженной ДНК — упаковщица фабрики по производству ватных палочек, которые криминалисты использовали для сбора вещественных доказательств. Ватные палочки сопровождались спецификацией с указанием об их стерильности (то есть отсутствии на них живых микроорганизмов), однако информации о том, что они не загрязнены чужеродной ДНК и могут использоваться для сбора криминалистических образцов, не было.

Современные методы ДНК-дактилоскопии используют разнообразные генетические варианты в разных участках генома. Например, анализ тандемных повторов — коротких повторяющихся последовательностей генома, количество которых различается у двух случайно взятых людей [1], [15], — позволяет четко проводить тест на отцовство или находить дополнительные улики против подозреваемого в совершении преступления. По Y-хромосомным ДНК-маркерам можно определить пол человека. Генетические маркеры позволяют получать информацию об этнической принадлежности родственников индивидуума, его цвете глаз или волос. Более того, эпигенетическая информация (например, метилирование ДНК) дает возможность оценить биологический возраст отдельных клеток, тканей и организма в целом [16]. В этой статье мы подробнее поговорим о вышеперечисленных методах генетического анализа. А использованию эпигенетики в криминалистике будет посвящена следующая статья нашего спецпроекта.

Эффект C.S.I.

Новые методы ДНК-идентификации произвели настоящий фурор в криминалистике, что привело к ложному представлению об их непогрешимости. А хвалебные публикации в СМИ о работе сыщиков, популярные ток-шоу и мыльные оперы только подлили масла в огонь. Несмотря на критику специалистов, телесериал о группе криминалистов во главе с капитаном Гриссомом «C.S.I.: Место преступления» выдержал 15 сезонов, создав так называемый CSI-эффект. Люди поверили в методы ДНК-дактилоскопии настолько, что для обывателя они превратились в единственно возможное доказательство. Важно отметить, что, несмотря на высокую точность, эти методы имеют право на ошибку, и их результаты — лишь один из множества способов доказательства вины (или невиновности), которые могут быть приняты во внимание судьей или коллегией присяжных в ходе вынесения приговора.

Сбор и выделение ДНК из биологического материала

Выделение и анализ ДНК из криминалистических образцов на первый взгляд сопоставимы с искусством. Иногда невозможно представить себе, что несколько капель крови или частички кожи под ногтями жертвы могут стать важнейшей уликой при расследовании уголовного дела. На самом деле действия криминалистов на месте преступления отточены и проходят по единому сценарию, одна из основных целей которого — поиск биологического материала, пригодного для выделения (экстракции) ДНК. Для этого могут использоваться любые биологические ткани и выделения человека: костные останки, зубы, волосяные луковицы, кровь, эпителиальные клетки, пот, слюна, образцы спермы, экскременты и т.д.

Биоматериал на вещдоках может сохраняться десятилетиями. Зачастую для исследования эксперт отбирает только часть материала — столько, сколько ему нужно для выделения ДНК. Например, при наличии на ноже следов крови, эксперт не смывает всю кровь, а делает небольшой смыв непосредственно перед выделением ДНК. При этом на ноже остаются следы, по которым через несколько десятков лет удается провести повторную экспертизу.

В клеточном ядре ДНК находится в тесном контакте с многочисленными органическими молекулами, необходимыми для ее эффективного функционирования. Однако для проведения генетического анализа из исследуемого образца должны быть удалены углеводы, липиды и белки, которые могут снижать эффективность применяемых методов и, как следствие, влиять на раскрываемость преступлений.

Выделение ДНК занимает немного времени благодаря разнообразным коммерческим наборам и системам, специально разработанным для экстракции нуклеиновых кислот (например, AutoMate Express DNA Extraction System от Thermo Fisher Scientific). Кроме того, в крупных криминалистических центрах с тысячами анализов в день этот процесс полностью автоматизирован и проводится при участии роботов под надзором оператора. К слову, роботизированные системы получили широкое применение не только в криминалистических лабораториях, но и во многих медицинских и биотехнологических центрах, позволяя ускорить процесс, снизить себестоимость работ и значительно снизить вероятность ошибки.

После экстракции ДНК растворяют в специальном составе, где при необходимости она может храниться в течение многих лет (при температуре −20 °C или −80 °C).

Генетический анализ

Сразу после экстракции ДНК перед специалистом встает вопрос о дальнейших путях ее анализа. С момента внедрения ДНК-идентификации в криминалистику методы молекулярной биологии изменились настолько, что существует сразу несколько возможных их вариантов. Наш дальнейший рассказ будет освещать разнообразные техники анализа ДНК, которые эксперты-криминалисты используют в своей практике.

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (RFLP-анализ)

RFLP-анализ — исторически один из первых методов для ДНК-идентификации. Он основан на использовании специальных клеточных ферментов — рестриктаз. Рестриктазы могут распознавать некоторые участки на молекуле нуклеиновой кислоты и разрезать ее по этим участкам [3]. К настоящему времени описано несколько тысяч подобных ферментов. После разрезания молекулы ДНК рестриктазами проводится оценка длин полученных фрагментов, с использованием гель-электрофореза (рис. 2).

Рисунок 2а. Схема RFLP-анализа. а — Нанесение нарезанных рестриктазами ДНК-образцов в лунки геля. б — Электрофорез фрагментов ДНК (фрагменты меньшей длины мигрируют с большей скоростью в электрическом поле и наоборот).

изображения предоставлены автором статьи

Рисунок 2б. Схема RFLP-анализа. Результаты RFLP-анализа ДНК шестерых человек. Как видно из иллюстрации, каждый человек обладает уникальным рестрикционным «рисунком», что помогает в идентификации личности.

Поскольку не существует полностью идентичных человеческих геномов (кроме однояйцевых близнецов), разница или сходство в получаемых профилях длин ДНК-фрагментов может быть неплохим маркером как для идентификации личности, так и для определения родства. Однако данный метод подразумевает фрагментацию ДНК, и потому он чувствителен к качеству и количеству исходного генетического материала. Поэтому в настоящее время RFLP-анализ практически не используется — в отличие от других методов, речь о которых пойдет ниже.

Анализ числа тандемных повторов в геноме

Тандемные повторы — это повторяющиеся друг за другом копии одной и той же короткой последовательности ДНК [15]. Повторы, которые представляют интерес для криминалистов, включают в себя локусы с варьирующим числом тандемных повторов (variable number of tandem repeat locus, VNTR) и короткие тандемные повторы (short tandem repeats, STR). Также их называют мини- и микросателлитами, соответственно.

VNTR имеют длину от шести до сотни нуклеотидов; участки генома, где они расположены, могут достигать длины в несколько тысяч нуклеотидов. В последнее время VNTR в криминалистике практически не используются. Золотым стандартом ДНК-дактилоскопии сегодня считаются короткие тандемные повторы (STR).

Об анализе коротких тандемных повторов мы уже рассказывали в первой [1] и второй [7] статьях нашего спецпроекта. Здесь же мы напомним, что суть данного метода заключается в амплификации методом ПЦР участков ДНК, содержащих эти короткие повторяющиеся последовательности, длина которых различна у двух случайно взятых людей [4]. После амплификации длину полученных фрагментов оценивают с помощью гель-электрофореза или капиллярного электрофореза. Для этих целей можно использовать набор Quantifiler™ Trio DNA Quantification Kit и систему QuantStudio 5 от Termo Fisher Scientific. QuantStudio 5 — это зарегистрированный в России компактный, настольный прибор, обладающий широкими возможностями.

Как и в случае с предыдущим методом, главным идентифицирующим фактором STR-анализа служит длина полученных фрагментов, которая уникальна для каждого человека и зависит от числа повторов в анализируемом участке. STR-анализ отличается высокой точностью и скоростью, а также низкой ценой. Важным условием для анализа выступает качество генетического материала.

Система RapidHIT ID: генетические профили высокого качества за 90 минут

Компактная и простая в использовании система Applied Biosystems™ RapidHIT™ ID является идеальной платформой для получения генетических профилей высокого качества из криминалистических образцов (рис. 3). Требуется всего несколько минут ручной работы для подготовки к запуску этой автоматизированной системы с целью получения STR-профиля в лаборатории или в полевых условиях. В сочетании с программным обеспечением Applied Biosystems™ RapidLINK™, система обеспечивает полный контроль результатов ДНК с помощью мощных приложений для поиска совпадений в базе, обнаружения и проверки родственных связей анализируемых образцов и исключает контаминации персоналом.

Преимущества экспресс-анализа ДНК в поле или в лаборатории:

• результаты, совместимые с актуальными базами данных ДНК;
• компактный дизайн;
• использование картриджей Applied Biosystems™ GlobalFiler™ Express, одобренных национальной базой ДНК NDIS;
• сочетание множества стадий анализа в одной платформе.

Просто вставьте картридж с образцом и получите результат по ДНК за 90 минут!

Рисунок 3. Система RapidHIT ID для быстрого STR-анализа

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

STR-анализ появился в практической криминалистике почти двадцать лет назад, но и по сей день остается основным методом идентификации личности. Результаты анализа ДНK подозреваемых и преступников — генетические профили — криминалисты заносят в специальные базы данных. Поэтому при обнаружении на месте преступления биологических следов, из которых удается выделить ДНК, стало возможным идентифицировать всех людей, уже попадавших в поле зрения правоохранительных органов. Эти же маркеры используются для поиска пропавших без вести людей и для установления отцовства.

Рубрика «Комментарий эксперта»

Криминалистические базы данных геномной информации

Рассказывает Сергей Васильевич Кряжов, старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации.

Молекулярно-генетическая экспертиза может предоставить неопровержимые свидетельства происхождения биологических следов, обнаруженных на месте преступления, от конкретного лица, но только в том случае, если это лицо известно и образец его биоматериала представлен для сравнительного исследования. Если же по уголовному делу нет подозреваемого лица, то для идентификации преступника у экспертов-генетиков имеется еще один мощный инструмент — криминалистическая база данных геномной информации.

Криминалистический учет данных ДНК позволяет существенно расширить возможности использования результатов экспертиз. Кроме идентификации лиц, оставивших биоматериал на месте преступления, с его помощью также возможно устанавливать факты принадлежности одному и тому же неизвестному лицу биологических следов, изъятых по нескольким преступлениям.

Каждая страна, развивающая судебную генетику, имеет свою собственную национальную базу данных. В России это федеральная база данных геномной информации. Ее функционирование регулируется Федеральным законом от 03.12.2008 №242-ФЗ «О государственной геномной регистрации в Российской Федерации».

Для работы базы данных используются результаты, полученные при анализе STR-локусов. Отчасти это является одним из факторов, препятствующих быстрому повсеместному внедрению в криминалистическую практику других методов исследования (например, анализа SNP-маркеров), поскольку в большинстве стран накопились большие массивы данных, которые могут стать бесполезными при переходе на новую технологию.

Результаты исследования STR-локусов легко переводятся в «цифровой» формат, поэтому очень удобны для организации ведения базы данных: каждый локус ДНК одного человека представляет собой два числа — количество повторяющихся элементов в этом локусе на каждой из гомологичных хромосом (в неполовых клетках человека двойной набор хромосом). Например, обозначение «D3S1358 — 15, 16» означает, что в локусе с названием D3S1358 выявлено два аллеля — с 15-ю и с 16-ю повторяющимися элементами (табл. 1).

Помимо поиска полных совпадений двух генотипов, генетические базы данных используют для поиска родственников проверяемого лица по типу «родитель—ребенок» (при установлении личности неопознанных трупов и розыске пропавших без вести лиц), а также поиск лиц, биологический материал которых мог бы являться частью проверяемых смешанных следов, произошедших от двух и более лиц. В таблице 1 представлен пример такого совпадения. Проверяемый генотип содержит до четырех аллелей в локусе. Это означает, что след содержит биологический материал как минимум двух лиц. При проверке по базе обнаружен генотип, который по всем исследованным локусам подходит, как один из компонентов многоаллельного профиля смешанного следа (генетические признаки этого лица выделены в генотипе смешанного следа красным цветом).

Как правило, системы, разработанные для идентификации личности, позволяют анализировать сразу несколько локусов генома (10–24), включая ген белка амелогенина, по которому определяют пол. Ген амелогенина есть и на X-хромосоме, и на Y-хромосоме, но различается размером, что позволяет установить пол человека.

Наборы для идентификации личности от Thermo Fisher Scientific

Некоторые из наиболее популярных наборов анализа STR, используемых в судебно-медицинских лабораториях для идентификации личности, производит компания Thermo Fisher Scientific и с 2018 года выпускает в Российской Федерации на своем предприятии в Санкт-Петербурге (рис. 4).

Рисунок 4. Наборы анализа STR для идентификации личности от Thermo Fisher Scientific

• Yfiler™ Plus PCR Amplification Kit предназначен для анализа двадцати семи STR-локусов, находящихся на Y-хромосоме.
• GlobalFiler™ — это первые наборы, использующие шестикрасочную технологию, позволяющие проводить амплификацию 21 аутосомного STR-локуса, одного STR-локуса, расположенного на Y-хромосоме (DYS391), инсерционно-делеционного полиморфизма, расположенного на Y-хромосоме (Y-indel) и маркера пола (Amelogenin). К наборам GlobalFiler™ относятсяGlobalFiler™ PCR Amplification Kit и GlobalFiler™ Express PCR Amplification Kit.
• AmpFLSTR™ Identifiler™ Plus PCR Amplification Kit предназначен для анализа 15 аутосомных STR-локусов и маркера пола (Amelogenin).
• VeriFiler™ Express PCR Amplification Kit — для прямой амплификации 23 аутосомных STR-локусов, инсерционно-делеционного полиморфизма на Y-хромосоме (Y-indel) и маркера пола (Amelogenin).
• Quantifiler™ Trio DNA Quantification Kit позволяет одновременно определить количество и качество общей и мужской ДНК человека методом ПЦР в реальном времени.
• Quantifiler™ HP DNA Quantification Kit позволяет одновременно определить количество и качество общей ДНК человека методом ПЦР в реальном времени.

Подробнее ознакомиться со списком анализируемых локусов для каждого набора вы можете, пройдя по соответствующим гиперссылкам.

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

ДНК-полиморфизмы, анализ Y-хромосомы и митохондриальной ДНК

Кроме тандемных повторов при анализе ДНК используют так называемые однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphism, SNP). Это замены одного нуклеотида на другой, которые когда-то появились в результате мутаций, а потом распространились в популяциях человека. Современные методы анализа ДНК позволяют легко выявлять их. SNP есть и в ядерной ДНК, и в митохондриальной. По SNP можно построить «родословные» для каждого фрагмента генома. Из-за рекомбинации — обмена частями хромосом при образовании половых клеток — эти родословные получаются очень сложными. Подробнее об однонуклеотидных полиморфизмах вы можете прочитать в предыдущих статьях нашего спецпроекта: «Наука на службе закона: криминалистика» [1] и «Криминалистика и судебные экспертизы: запутанная история» [7].

Однако есть два компонента генома человека, которые рекомбинации не подвержены. Это Y-хромосома, определяющая мужской пол, и митохондриальная ДНК. Y-хромосома наследуется сыновьями от своих отцов, и выявленные в ней полиморфные локусы (SNP и STR) используют для построения родословной по мужской линии. Митохондриальная ДНК передается только по материнской линии и позволяет оценить родство между женщиной и ее потомками по женской линии — как женщинами, так и мужчинами. Но мужчины свою митохондриальную ДНК детям не передают, поэтому «женская линия» родословной на них обрывается.

Митохондриальная ДНК не так часто используется в криминалистике, но в некоторых случаях она имеет неоспоримые преимущества — например, при работе с плохо сохранившимися образцами, а также в тех случаях, когда необходимо установить родство по материнской линии. Она содержится в клетке в большом количестве копий, от десятков до тысяч, поэтому даже при разрушении ДНК ее все еще можно выделить и проанализировать. По сути, именно митохондриальная ДНК позволила предположить, что останки, найденные в начале 1990-х годов под Екатеринбургом, принадлежат членам царской семьи (подробности этой истории — ниже).

Кроме того, фрагменты митохондриальных генов цитохромоксидазы I (COI) [17] и цитохрома b (CYTB) [18] широко используются в проектах, связанных с ДНК-баркодированием животных — определением их видовой и даже внутривидовой принадлежности.

Из-за разнообразных мутаций геномы различных видов значительно изменились в процессе эволюции. Некоторые мутации вредны и зачастую отфильтровываются естественным отбором. Подавляющее большинство — нейтральны. Есть мутации, имеющие положительный эффект: они позволяют биологическому виду приобрести различные адаптации и завоевать экологические ниши. ДНК-различия между видами позволили разработать специальные тест-системы для их идентификации.

Секвенирование по Сэнгеру

Секвенирование ДНК — это группа методов, позволяющих прочитывать последовательность нуклеотидов. Своим появлением метод секвенирования по Сэнгеру во многом обязан британскому биофизику Фредерику Сэнгеру, который получил сразу две Нобелевские премии по химии [19]. Одна из этих престижных научных наград нашла его как раз за разработку метода считывания нуклеотидных последовательностей (ДНК и РНК), ныне известного как секвенирование [2]. Метод получил настолько широкое распространение и общемировое признание, что до сих пор используется как в фундаментальной науке, так и в самых различных наукоемких отраслях промышленности. Не смогла обойтись без этого типа анализа и криминалистика.

Сэнгеровское секвенирование

Этот вид секвенирования включает в себя две основные стадии — полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и анализ флуоресценции меченных нуклеотидов.

Для проведения ПЦР нужны ДНК, фермент ДНК-полимераза, олигонуклеотидные праймеры (своеобразные затравки для полимеразы) и смесь дезоксинуклеотидов (dNTPs) (А, Т, G, С), а также один модифицированный флуоресцентно-меченный дидеоксинуклеотид (ddNTs) (например, C), добавляемый в меньшей концентрации. В параллельных реакциях используются другие модифицированные дидеоксинуклеотиды (например, А, Т, G). В ходе полимеразной цепной реакции ДНК-полимераза монотонно копирует интересующий криминалиста ген (участок ДНК), составляя из находящихся в реакционном растворе нуклеотидов-кирпичиков дочернюю молекулу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ей не попадается «испорченный» дидеоксинуклеотид, на котором синтез прекращается. На втором этапе — детекции флуоресценции «испорченных» нуклеотидов — удается восстановить полную последовательность. Для этого проводится капиллярный электрофорез, в ходе которого считывается флуоресценция, а специальная программа восстанавливает последовательность. Подробности можно посмотреть в нашей статье «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот» [2].

Сэнгеровское секвенирование редко используется для идентификации личности или определения отцовства. В настоящее время этот метод используется для анализа митохондриальной ДНК и, соответственно, установления родства по женской линии. Также с его помощью можно определить видовую принадлежность материала, например, вид осетровых, икру которых правоохранительные органы регулярно изымают из оборота. Если исследование покажет, что черная икра принадлежит, например, амурскому осетру или калуге, то вывод будет только один — такая икра добыта браконьерами. Ведь с 1998 года Международной конвенцией по торговле видами дикой фауны и флоры осетровые рыбы внесены в список видов, подвергающихся угрозе, — поэтому в России вылов этих рыб запрещен [20]. Поскольку и в аквакультуре данные виды рыб не выращиваются, то единственный способ получения такой икры — незаконный. Также существуют гибриды между калугой и осетром, которые как раз выращиваются на легальных «рыбных фермах». Для различения такого вида рыбы, полученного в условиях аквакультуры, и его дикого сородича применяют анализ STR-маркеров, о котором мы писали выше.

Приборы, позволяющие проводить секвенирование по Сэнгеру, также применяют для визуализации и последующего анализа результатов фрагментного анализа (RFLP- и STR-анализы), о которых мы писали ранее.

Секвенирование по Сэнгеру с помощью прибора SeqStudio от Thermo Fisher Scientific

Генетический анализатор SeqStudio для идентификации личности компании Applied Biosystems представляет собой четырехкапиллярную, простую в использовании и удобную настольную систему, которая обеспечивает анализ фрагментов STR по золотому стандарту и определение генетической последовательности по Сэнгеру всего одним щелчком мыши (рис. 5). Универсальный картридж содержит полимер, анодный буфер, систему доставки полимера и четырехкапиллярный массив, что создает уникальную функциональность секвенатора и сокращает время подготовки и обслуживания прибора. Благодаря картриджу время жизни реагентов в приборе — до 6 месяцев или 250 запусков (

1000 образцов). Прибор легко может использоваться несколькими операторами для широкого спектра приложений. Получите ответы, которым вы доверяете, с качественными данными, обслуживанием и поддержкой, которые вы ожидаете, от приборов Applied Biosystems.

Рисунок 5. Генетический анализатор SeqStudio от Applied Biosystems

Материал предоставлен партнёром — компанией Thermo Fisher Scientific

Высокопроизводительное секвенирование (NGS)

Появление и развитие методов современного высокопроизводительного секвенирования ДНК (next-generation sequencing, NGS) способствовало значительному прогрессу в геномике и молекулярной биологии. Эти обладающие высокой пропускной способностью технологии (миллионы молекул ДНК за один запуск) и низкой себестоимостью в пересчете на один прочитанный нуклеотид быстро развивались в последние годы и стали важным аналитическим инструментом в геномных исследованиях. К настоящему времени их применение стало рутинной процедурой, которая внедряется во многих сферах деятельности, в том числе и в криминалистике. Преимущество этих методов состоит в том, что, в отличие от ранее описанных методов RFLP- и STR-анализов, размер анализируемых фрагментов ДНК может составлять несколько десятков нуклеотидов, что позволяет работать с сильно деградировавшим биологическим материалом, подвергшимся воздействию термических, химических и прочих факторов. Именно эти методы генетического анализа существенно продвинули современную палеогенетику, позволив восстановить геномы неандертальца, денисовского человека или шерстистого мамонта, обитавших на нашей планете десятки тысяч лет назад [9]. Эти же подходы наиболее эффективны в работе со сложными криминалистическими образцами, позволяя воссоздать генотип и подтвердить наличие на вещественных доказательствах биологического материала преступника или жертвы.

За последние полтора десятка лет коммерческие компании предложили сразу несколько методов высокопроизводительного секвенирования. Некоторые из них — пиросеквенирование от компании Roche или классическое лигазное секвенирование — ушли в историю [2], другие сохранились и продолжают модифицироваться. Здесь мы рассмотрим только те технологии, которые остаются актуальными для криминалистических исследований в 2020 году.

• Полупроводниковое секвенирование основано на регистрации локального изменения рН в момент удлинения синтезируемой цепи ДНК-полимеразой на матрице ДНК и реализована в приборах биотехнологической компании Thermo Fisher Scientific — Ion S5 / Ion S5 XL.
• Секвенирование на молекулярных кластерах реализовано в приборах компании Illumina (MiniSeq, MiSeq, NextSeq и NovaSeq) и основывается на переводе информации о флуоресценции в ходе синтеза дочерней цепи ДНК в последовательность нуклеотидов.

Полупроводниковое секвенирование и секвенирование на молекулярных кластерах

Оба вида анализа начинаются с фрагментирования выделенной из криминалистического образца ДНК (если это необходимо). Затем к ДНК-фрагментам ферментативно «пришиваются» специфические ДНК-адаптеры, необходимые для амплификации и последующего секвенирования. В ходе полупроводникового секвенирования прибор идентифицирует ионы водорода, которые выделяются во время полимеризации ДНК.

При секвенировании на молекулярных кластерах происходит амплификация библиотеки ДНК-фрагментов и их иммобилизация на поверхности специальной проточной ячейки, на которой проводится циклический процесс секвенирования. Сам процесс секвенирования при некотором приближении походит на секвенирование по Сэнгеру, только позволяет считывать последовательность миллионов молекул за один запуск прибора. В реакционной смеси кроме иммобилизированных ДНК-фрагментов присутствуют ДНК-полимераза, обычные дезоксинуклеотиды (A,T, G, C), а также флуоресцентно меченые, модифицированные дезоксинуклеозидтрифосфаты, терминирующие реакцию. После их включения в синтезируемую цепь ДНК и остановки реакции их флуоресценцию считывают с помощью ПЗС-матрицы, а затем ферментативно отщепляют флуоресцентную краску и терминирующую группу, переходя к следующему циклу.

Благодаря использованию технологий высокопроизводительного секвенирования криминалистика получила эффективный инструмент, который открыл новые возможности для одновременного анализа многочисленных участков (локусов) ядерного и митохондриального геномов. Важным плюсом этих методов является возможность отличать даже однояйцевых близнецов (по соматическим мутациям), что невозможно при проведении RFLP- или STR-анализов.

ДНК-дактилоскопия: от теории к практике

Все озвученные выше методы ежедневно демонстрируют свою эффективность в раскрытии преступлений, и в том числе позволяют раскрыть некоторые исторические загадки.

Пожалуй, самое интересное исследование с использованием методов ДНК-дактилоскопии провела группа ведущего российского генетика Евгения Рогаева (рис. 6).

Рисунок 6. Исследование под руководством Евгения Рогаева позволило установить принадлежность к царской семье обнаруженных под Екатеринбургом останков

В начале 1990-х годов в окрестностях Екатеринбурга нашли захоронение людей, которые, исходя из предварительного анализа, являлись членами царской семьи. Это предположение вызвало бурные споры, поскольку останки двух детей последнего русского царя не были идентифицированы. В 2007 году неподалеку от первого захоронения обнаружили обгоревшие останки еще двух человек — мальчика и молодой женщины (рис. 7).

Рисунок 7. В 1991 году обнаружили захоронение членов царской семьи

Повторный анализ костных останков из первого и второго захоронений отбросил все сомнения — ученые подтвердили, что они принадлежат членам царской семьи [22], [23]. В ходе исследования ученые не только сравнили образцы между собой, но и оценили генетический материал, полученный из пятна крови на рубашке Николая II, хранящейся в Эрмитаже. Более того, провели сравнение результатов ДНК-экспертизы останков и ныне живущих потомков рода Романовых и королевы Виктории, бабушки императрицы Александры. По всем генетическим системам родство подтвердилось.

В ходе исследования царских останков ученые проводили генетический анализ деградированной ДНК, анализировали митохондриальный геном и ядерные STR-маркеры, проводили поиск мутаций в генах факторов свертываемости крови (поскольку царевич Алексей страдал гемофилией). Подробно ознакомиться со всеми подходами и видами анализов ДНК, которые использовались в этом исследовании, можно в статье, опубликованной в журнале Acta Naturae [23]. Мы же чуть подробнее остановимся на интересном факте, который был обнаружен при проведении митохондриального анализа.

В результате проведенных исследований подтвердилась выявленная в останках Николая II гетероплазмия (различия в последовательности) митохондриальной ДНК. Гетероплазмия — относительно редкое явление, которое подразумевает наличие сразу двух типов митохондриальных геномов у человека. Обычно ее появление связано с мутациями в митохондриальной ДНК, происходящими на разных стадиях созревания ооцитов. В этом случае в яйцеклетке содержится «старая» версия митохондриальной ДНК и «новая», мутантная, и дети получают оба варианта. Именно это при первом исследовании останков в 1990-х годах и обнаружил эксперт Павел Иванов у Николая II и его брата Георгия — в части их молекул митохондриальной ДНК, которые они получили от своей матери Марии Федоровны, в позиции 16169 выявлен нуклеотид С, в другой части в этой же позиции стоит Т. Две версии митохондриальной ДНК «держатся» не очень долго — показано, что за два-три поколения одна из них у потомков теряется. Как показало исследование Евгения Рогаева, это и произошло у потомков сестер Николая II — у сына его сестры Ольги в этой позиции выявлен С, а у правнучки Ксении — Т (рис. 8) [23].

Рисунок 8. Анализ гетероплазмии в митохондриальных (материнских) линиях императора Николая II. Редкая гетероплазмия в позиции 16169 мтДНК послужила дополнительным доказательством того, что останки действительно являются останками Николая II.

В 2017 году методы ДНК-дактилоскопии использовали в судебных слушаниях о наследстве известного испанского художника-сюрреалиста Сальвадора Дали (1904–1989 гг.). Мария Пилар Абель Мартинес утверждала, что приходится внебрачной дочерью живописцу, рассчитывая на наследство, которое он завещал Испании. По требованию суда была проведена эксгумация тела Дали, и генетический анализ наглядно продемонстрировал беспочвенность требований женщины [24].

Рубрика «Комментарий эксперта»

Идентификация останков французского генерала

Рассказывает Сергей Васильевич Кряжов, старший эксперт отдела медико-биологических исследований судебно-экспертного управления Следственного комитета Российской Федерации.

Еще одна историческая сенсация произошла в конце 2019 года. На месте археологических раскопок близ Королевского бастиона города Смоленска обнаружили фрагменты деревянного гроба, в котором находились останки мужчины 40–45 лет без нижней половины левой ноги и знаков различия (рис. 9).

Согласно историческим свидетельствам, в августе 1812 года в бастионе крепостной стены города Смоленска был похоронен близкий соратник французского императора Наполеона — генерал Сезар Шарль Этьен Гюден де ла Саблонньер (1768–1812 гг.). В ходе сражения при Валутиной Горе генерал лишился ноги (ее оторвало пушечным ядром), от развившейся гангрены через несколько дней он скончался. Долгое время точное местонахождение захоронения оставалось неизвестным.

По всем косвенным признакам обнаруженные в ходе раскопок останки принадлежали генералу Гюдену. Для их точной идентификации понадобилось молекулярно-генетическое исследование, для проведения которого археологи обратились за помощью к криминалистам.

Российские эксперты-генетики провели исследование предоставленных образцов (зубов) и по аутосомным STR-локусам и локусам Y-хромосомы установили генетические признаки лица, останки которого были обнаружены в месте захоронения. Для проведения опосредованного сравнительного исследования французская сторона предоставила образцы костной ткани близких родственников генерала Гюдена, захороненных в фамильном склепе, — родителей, сына и брата [25].

Проведенное исследование показало, что обнаруженные останки действительно принадлежат генералу Гюдену, что позже также подтвердило независимое исследование французских специалистов.

Рисунок 9. Останки французского генерала Шарля Этьена Гюдена. Эталонами при сравнительном исследовании были эксгумированные останки его родственников. Использование аутосомных STR-маркеров и маркеров Y-хромосомы позволило с точностью идентифицировать останки.

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 [26]. 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 [27] 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 [28]. 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 [29]. 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.

ДНК-фенотипирование: восстановление облика по ДНК

Стремительно развивающиеся новые технологии ДНК-дактилоскопии позволяют быстро и эффективно идентифицировать криминалистический материал. Развитие геномики, физической антропологии, методов магнитно-резонансной и компьютерной томографии, 3D-моделирования, а также нейросетевых алгоритмов сделали возможным восстановление облика человека по его биологическому материалу (рис. 10).

Рисунок 10. Результат работы системы HIrisPlex, которая восстанавливает предполагаемый цвет глаз и волос человека на основе генетического анализа 24 SNP-маркеров. Следует знать, что развитие технологий не стоит на месте, и современные методы ДНК-фенотипирования позволяют оценить не только цвет волос или глаз, но и форму черепа, а также другие антропологические признаки.

Несмотря на то, что нейросетевые алгоритмы были предложены еще в ‘50-х годах прошлого столетия, до последнего времени их потенциал не был полностью раскрыт. Однако появление больших объемов данных и повышение скорости вычислений, позволившее использовать нейросети с большим количеством слоев, привело к качественному скачку их эффективности.

В 2012 году применение нейросетевого подхода снизило ошибку классификации изображений более чем на 10%, и уже к 2015 году нейросети превзошли человека в данной задаче. В это же время алгоритмы искусственных нейронных сетей получили широкое распространение в распознавании речи. Многослойные архитектуры получили название глубоких нейронных сетей, а за их использованием закрепился термин «глубокое обучение».

Сегодня обучение глубоких нейронных сетей является наиболее бурно развивающимся направлением в областях машинного обучения и искусственного интеллекта [30]. В последнее время наблюдается бурный рост методов применения глубоких нейронных сетей как в создании фотореалистичных изображений, так и в геномных исследованиях, что является крайне актуальным для криминалистики.

Развитие технологий считывания геномных данных, методов антропологического анализа, компьютерного 3D-моделирования, биоинформатических методов и нейросетевых алгоритмов позволяет обрабатывать значительные массивы геномной и антропологической информации и связывать ее, используя нейронные сети.

Прогнозирование фенотипа (внешнего облика) человека, используя его генетическую информацию, активно развивается и уже успешно применяется правоохранительными органами Соединенных Штатов.

После многочисленных этапов обучения нейронная сеть стала предсказывать не только этническую принадлежность или морфологические признаки (цвет глаз или цвет волос), но и воссоздавать облик человека по образцу ДНК, полученному с места преступления. Первоначально грубо, но в процессе продолжающегося самообучения, в том числе и положительного опыта криминалистической практики, эта технология эффективно участвует в воссоздании облика человека по оставленному им на месте преступления биологическому материалу.

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.

О подходах и технологиях для анализа ДНК в криминалистике расскажут на конференции Human Identification Solutions (HIDS-2020)

24–25 июня состоится конференция, посвященная решениям в области идентификации личности — Human Identification Solutions (HIDS-2020).

В 2020 году конференция пройдет в виртуальном режиме. Можно будет онлайн прослушать доклады со всех уголков мира: от Лондона до Сан-Франциско, от Дели до Токио.

Регистрируйтесь, чтобы узнать о последних достижениях в области криминалистики!

Генетическая экспертиза

Генетическая экспертиза (генотипоскопическое исследование, генная дактилоскопия, ДНК-анализ) — разновидность судебных некриминалистических экспертиз. Генетическая идентификация – исследование генетических (наследственных) свойств сопоставляемых биологических объектов с целью разрешения вопросов об их тождестве или генетическом родстве.

Содержание

История генетической экспертизы

10 сентября 1984 года британский генетик Алек Джеффрис в процессе изучения в лаборатории Университета города Лестера одного из новых методов отслеживания генетических отклонений в хромосомной ДНК рассматривал рентгеновские снимки ДНК, и вдруг обнаружил, что цепочки ДНК разных людей имеют уникальные последовательности нуклеотидов.

Занимаясь анализом ДНК, кодирующей миоглобин, учёный обнаружил в геле (то есть в желатиновой матрице, где фрагменты ДНК перемещаются в электрическом поле со скоростью, зависящей от их размера) целое множество минисателлитов. Это выглядело странным, пусть даже большая часть генов и содержит «мусорные» фрагменты ДНК, которые не принимаются во внимание при его считывании РНК, переносчиком генетической информации от ДНК к месту синтеза белков. При ближайшем рассмотрении он осознал, что образцы ДНК разных людей содержат весьма отличные друг от друга минисателлитные последовательности. Джеффрис сразу понял, что это значит. Последовательности ДНК конкретного человека составляют его ДНК-профиль или «генетический паспорт», который можно использовать для безошибочной идентификации личности. Едва генетик опубликовал результаты своего исследования, с ним тут же связались учёные из Министерства внутренних дел Великобритании: в открытии они увидели надёжный способ проверять, говорят ли правду иммигранты, заявляющие, что состоят в близком родстве с гражданином Великобритании [1] .

Описание метода генетической экспертизы

Молекула ДНК является носителем наследственной генетической информации любого биологического объекта. ДНК, по внешнему виду, представляет собой цепочку, звеньями которой являются четыре типа нуклеотидов – аденин, гуанин, тимин, цитозин. Все многообразие биологических объектов и их индивидуальные отличия внутри видов обусловлены бесчисленным количеством вариантов комбинаций нуклеотидов. В полной мере все это относится и к такому биологическому образованию как человек.

В молекуле ДНК каждого человека имеются участки, обладающие структурным полиморфизмом, то есть, некой индивидуальной уникальностью. Такие участки именуются вариабельными тандемными повторами (ВТП).

Практически невозможно встретить двух человек, за исключением монозиготных (однояйцевых) близнецов имеющих одинаковую структуру молекулы ДНК.

Свойства ВТП позволяют использовать их индивидуальную информационную составляющую для проведения ряда криминалистических экспертных исследований, а именно:

• Абсолютное тождество ВТП во всех клетках одного и того же человека (соматическая стабильность) используется при установлении принадлежности фрагментов тел одному или нескольким трупам.
• По этому же основанию может быть идентифицирована личность человека по оставленным им биологическим следам с сохранившейся генетической информацией.
• Может быть установлена тождественность лица, оставившего биологические следы с сохранившейся генетической информацией в различных местах (тождественность биологических следовых образований).
• Наличие у мужчин и женщин половых Х и У хромосом позволяет установить генетическим методом пол лица, оставившего биологические следы с сохранившейся ДНК-информацией, принадлежность фрагментов тела мужчине или женщине.
• Прямое наследование ВТП от родителей детям используется при определении кровного (биологического) родства.

В настоящее время наиболее применимым методом при исследовании незначительных количеств биологических материалов с сохранившейся генетической составляющей, является метод использования ПЦР (полимеразной цепной реакции). Суть метода состоит в том, что, используя специальные реагенты и препараты (программируемые термоциклеры) можно получать неограниченное количество копий интересующего ДНК-материала. ПЦР позволяет использовать в качестве стартовой матрицы малое количество исследуемого биологического вещества, причем с высокой степенью деградации (то есть, с нарушенной структурностью). На практике имеются случаи получения высокоточных результатов при работе с пятнами крови и спермы площадью 2-5 кв. мм, 3-5 волосами с сохранившимися волосяными луковицами. Отмечены положительные результаты при исследовании следов крови и спермы, имеющих давность более 2-х лет. В зависимости от представленного материала и поставленных задач, длительность экспертного исследования составляет 1-4 недели.

Объекты генетической экспертизы

Объектами экспертного ДНК-анализа являются: кровь, сперма, волосы, слюна, костно-мышечные фрагменты.

Кровь может быть обнаружена на любых предметах вещной обстановки, одежде потерпевшего и подозреваемых при совершении преступлений, связанных с причинением телесных повреждений.

Волосы могут быть обнаружены на шапочках-масках, на теле потерпевшего и подозреваемого по преступлениям против половой неприкосновенности граждан, а так же на любых других предметах вещной обстановки, одежде потерпевших и подозреваемых.

Слюна может быть обнаружена на окурках сигарет и папирос, а так же на фрагментах бумаги или жевательной резинке, которыми заклеиваются «глазки» на дверях и объективы видеокамер.

Сперма может быть обнаружена на любых предметах вещной обстановки места, где было совершено преступление, одежде потерпевших и подозреваемого, в содержимом влагалища, анального прохода и ротовой полости потерпевших.

Костно-мышечные фрагменты могут быть обнаружены по факту убийства с последующим расчленением тела, в условиях взрыва или пожара, а так же в связи с обнаружением трупа, подвергшегося воздействию внешних условий (например, повреждения, нанесенные животными, распад тела вследствие гнилостных изменений).

Срезанные волосы для исследования этим методом не пригодны, так как не содержат ядерной ДНК. Моча и пот также не исследуются, так как в норме не содержат клеток с ядрами.

Приведенный перечень пригодных для выделения ДНК биологических материалов не является исчерпывающим, в некоторых случаях он может быть расширен, однако в таких случаях целесообразно получить консультации экспертов.

Изъятие, упаковка и хранение объектов ДНК-анализа

Изъятие и упаковку объектов необходимо проводить в перчатках, в связи с высокой чувствительностью метода анализа.

1. Рекомендуемый способ изъятия биологического объекта — изъятие вместе с предметом носителем. Можно изымать как весь предмет целиком, так и делать вырезки, спилы части предмета носителя с веществом биологического происхождения. Не рекомендуется изъятие биологических объектов путем производства смыва или соскоба.

2. Требования к упаковке изъятых вещей:

• Изымаемый предмет должен быть просушен при естественных условиях (без нагревательных приборов и в стороне от прямых солнечных лучей).
• Изымаемый предмет упаковывают в проветриваемую тару. Наиболее подходящий материал – бумага, картонные коробки.
• В связи с высокой чувствительностью метода, для исключения переноса исследуемого вещества с одного предмета на другой, каждый предмет должен быть упакован по отдельности.
• Упаковка должна быть опечатана, снабжена подписанным следователем и понятыми сопроводительным ярлыком с указанием характера вложения, даты и места изъятия, номера уголовного дела.

3. Условия хранения изъятых объектов: вещественные доказательства должны храниться в прохладном помещении, без резкой смены температурного режима. Необходима быстрейшая доставка их в экспертную лабораторию.

Вопросы, разрешаемые генетической экспертизой

• Кровь (слюна, сперма, волосы и т.д.) одного или нескольких лиц содержится в представленных (каких именно, откуда изъятых) образцах?
• Определить пол лица, которому принадлежат представленные образцы (какие именно, откуда изъяты)?
• Определить генотип лица (лиц), по представленным на тампонах (предметах) образцам (каких именно, откуда изъятых).
• Не принадлежат ли биологические материалы (какие именно, откуда изъятые) представленные на экспертизу одному и тому же лицу? Вопрос ставится как при обнаружении фрагментов трупов, так и при обнаружении биологических следов на местах происшествий (преступлений) и т.д.
• Не принадлежат ли изъятые биологические следы (какие именно, откуда изъятые) Н., образцы крови которого представлены?
• Является ли лицо, образцы фрагментов трупа которого представлены, кровным родственником Н.?
• Не является ли Н., образцы крови которого представлены, биологическим отцом эмбриона, обнаруженного при вскрытии И.?
• Не является ли А., образцы крови которой представлены, биологической матерью С. (обнаруженного новорожденного, эмбриона)?
• Не являются ли лица, образцы (какие именно) с трупов которых представлены, кровными родственниками?
• Не оставлены ли биологические следы (какие именно, откуда изъятые), следами кровных родственников Н.?
• Не оставлены ли биологические следы (какие именно, откуда изъятые) кровными родственниками?

Вместе с тем, необходимо отметить, что генотипоскопическая экспертиза, в силу специфики исследуемых объектов – молекул ДНК, не отвечает на вопросы связанные с установлением наличия биологических материалов человека в пятнах и иных массах материала, давности образования биологических следов, регионального происхождения масс крови и т.д.

Несмотря на большую степень категоричности в выводах по сравнению с другими видами биологических экспертиз, только на часть поставленных вопросов метод ДНК-исследований позволяет получить однозначные ответы.

В категоричной форме, как правило, формулируются выводы о невозможности происхождения биологических материалов от конкретного лица, об исключении кровного родства, невозможности происхождения фрагментов тела от одного и того же человека. Это выводы, сделанные на несовпадении аллелей (наследственных признаков) и соматической стабильности (идентичности) ДНК во всех тканях и органах тела.

В других случаях выводы делаются в вероятностной форме, исходя из частоты встречаемости (распространенности) среди людей того или иного набора аллелей в локусах (исследуемых участках) ДНК. Не смотря на высокую степень достоверности, приближающуюся к 100%, результаты исследования всегда будут вероятными, а значит, должны использоваться только в совокупности с другими средствами доказывания. Кроме того, при использовании выводов эксперта необходимо помнить о наличии генетических аномалий. Например, безусловное ориентирование мероприятий по розыску мужчины или женщины только на основании заключения о присутствии в исследуемом материале мужского или женского набора хромосом, может быть ошибочным, так как, примерно 1 из 20.000 человек с внешним обликом мужчины не имеет У-хромосомы. Точно также как, примерно 1 человек из 50.000 с внешним обликом женщины, имеет мужской генотип. Известны и другие виды отклонений от нормы.

Следует иметь в виду, что производство генетической экспертизы, в том числе по уголовным делам, платное.