Открытый код
Как эволюция ДНК-тестов изменит криминалистику и медицину
Тестирование ДНК — некогда революционный инструмент, изменивший криминалистику, — в наше время стало вполне доступной технологией. Разбираемся, как развивались ДНК-тесты и какое у них будущее.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это длинная и сложная молекула, упакованная внутри ядра клетки. В ней закодирована информация о том, какие белки и в каком количестве нужно производить, чтобы в организме поддерживались все функции: пищеварение, кровообращение, иммунитет и другие. Этот набор информации передается из поколения в поколение. Гены (участки молекулы ДНК) определяют самые разные особенности человека: группу крови, цвет глаз и прочие признаки.
Впервые идентифицировали ДНК еще в 1860-х годах — сделал это швейцарский химик Фридрих Мишер, но только в 1953 году биолог Джеймс Уотсон и физик Фрэнсис Крик выяснили, что эта макромолекула представляет собой трехмерную двойную спираль. После этого исследования начали ускоряться, и к 1980-м годам лаборатории уже использовали ДНК для установления отцовства.
ДНК-дактилоскопия: поиск преступников
В 1984 году британский генетик Алек Джеффрис обнаружил, что цепочки ДНК разных людей имеют уникальные последовательности нуклеотидов, которые никогда не повторяются. Их расшифровка позволяет составить ДНК-профиль, или «генетический паспорт», для идентификации личности. Так появился метод ДНК-дактилоскопии, который позволил определить личность человека по его волосу, слюне, частице кожи, капельке крови, кости или зубу.
Изначально этот метод нашел применение в криминалистике и при установлении родства британских иммигрантов с местными жителями.
Уже в конце 1980-х он позволил раскрыть дело об изнасиловании и убийстве двух девочек в ноябре 1983-го и в июле 1986 года. Кроме того, в 1992 году Джеффрису удалось идентифицировать эксгумированные останки нацистского врача Йозефа Менгеле, бежавшего из Германии после окончания Второй мировой войны и умершего в Бразилии в 1979 году.
В настоящее время метод ДНК-дактилоскопии широко применяется криминалистами в США, Канаде, Великобритании, Японии, России, Китае и многих других странах. Некоторые из них создали обширные базы ДНК-профилей, а также сотрудничают с частными организациями, чьи клиенты соглашаются передавать данные в общие хранилища. Это позволяет раскрывать даже те преступления, которые были совершены 50 и более лет назад, если сохранились частички ДНК правонарушителей. Так, ФБР использует Комбинированную систему индексации ДНК (CODIS). Она задействует компьютерные технологии для сравнения профилей ДНК в базе с теми, которые восстановили из улик с места преступления.
Благодаря новейшим технологиям искусственного интеллекта по образцу ДНК можно восстановить внешность человека. Такой метод недавно применили американские полицейские, чтобы попытаться раскрыть преступление более чем 30-летней давности.
ПЦР-тесты: установление отцовства и клонирование генов
Хотя метод Джеффриса обеспечивал высокую степень идентификации, он требовал очень много времени и не менее 10–25 нг ДНК в биоматериале. Однако после появления ДНК-дактилоскопии начали быстро развиваться другие методы тестирования. Уже в 1985 году американский биохимик Кэри Маллис открыл технологию полимеразной цепной реакции (ПЦР). Она позволяет в контролируемых условиях многократно реплицировать исследуемые молекулы ДНК, чтобы увеличить их количество и упростить анализ.
Это достижение заложило основу того, что тестирование ДНК вышло за рамки криминалистики. Так, метод ПЦР широко стали применять в биологии и медицине, например для диагностики заболеваний, установления отцовства, клонирования генов, выделения новых генов и так далее.
SNP-тесты: выявление мутаций в генах
В начале 2000-х годов ученые представили метод SNP. Он позволяет выявлять вариацию генома, которая появляется у отдельных людей из-за отсутствия, добавления или изменения его элементарной единицы — нуклеотида. SNP-тесты начали использовать в качестве генетических маркеров для различных целей, в том числе для выявления предрасположенности к генетическим заболеваниям. Так, обнаружение дефектного гена позволяет идентифицировать генетические факторы, способствующие развитию такого заболевания, как рак молочной железы.