Введение

Техника, используемая для идентификации людей по характеристикам ДНК.
ДНК-тестирование на выявление наследственных заболеваний.

ДНК-профилирование (также называемое ДНК-идентификацией и генетическим отпечатком) – это процесс определения ДНК-характеристик конкретного человека. Анализ ДНК, предназначенный для идентификации вида, а не отдельной особи, называется ДНК-баркодированием. ДНК-профилирование является криминалистической техникой, используемой в уголовных расследованиях для сравнения ДНК-профилей подозреваемых с уликами ДНК с целью оценки вероятности их причастности к преступлению. Оно также применяется при установлении отцовства, определении права на иммиграцию, а также в генеалогических и медицинских исследованиях. ДНК-профилирование также используется при изучении популяций животных и растений в зоологии, ботанике и сельском хозяйстве.

Предыстория

Сэр Алек Джеффрис, пионер ДНК-профилирования. Его открытие привело к осуждению Колина Питчфорка в 1988 году.) был зарегистрирован Джеффри Глассбергом в 1983 году на основе работы, выполненной им в Рокфеллеровском университете в США в 1981 году. Британский генетик сэр Алек Джеффрис независимо разработал метод ДНК-профилирования в 1985 году, работая в Департаменте генетики Лестерского университета. Джеффрис обнаружил, что специалист по ДНК может выявлять закономерности в неизвестной ДНК. Эти закономерности являлись частью наследственных признаков, которые можно было использовать для развития анализа родства. Эти открытия привели к первому применению ДНК-профилирования в уголовном деле. Метод, разработанный Джеффрисом совместно с Питером Гиллом и Дэйвом Верреттом из Службы судебно-медицинской экспертизы (FSS), впервые был использован в криминалистике при расследовании убийства двух подростков, которые были изнасилованы и убиты в Нарборо, Лестершир, в 1983 и 1986 годах. В ходе расследования убийства, возглавляемого детективом Дэвидом Бейкером, анализ ДНК, полученный из образцов крови, добровольно сданных примерно 5000 местными жителями, оказавшими содействие полиции Лестершира в расследовании, привел к оправданию Ричарда Бакленда, первоначального подозреваемого, признавшегося в одном из преступлений, и последующему осуждению Колина Питчфорка 2 января 1988 года. Питчфорк, работник местной пекарни, вынудил своего коллегу Иана Келли подменить его при сдаче образца крови, а Келли затем использовал поддельный паспорт, чтобы выдать себя за Питчфорка. Другой коллега сообщил об обмане в полицию. Питчфорка арестовали, и его кровь была отправлена в лабораторию Джеффриса для обработки и создания профиля. Профиль Питчфорка совпал с ДНК, обнаруженной на месте преступления, что подтвердило его присутствие при обоих убийствах; он признал себя виновным в обоих преступлениях. Спустя несколько лет химическая компания Imperial Chemical Industries (ICI) представила первый в мире коммерчески доступный набор для анализа. Несмотря на относительную новизну этой области, она оказала значительное глобальное влияние как на систему уголовного правосудия, так и на общество. Хотя 99,9% последовательностей ДНК человека идентичны, различий достаточно, чтобы можно было отличить одного человека от другого, за исключением однояйцевых (идентичных) близнецов. Применимость ДНК-доказательств в судах оспаривалась в США в 1980-х и 1990-х годах, но впоследствии получила более широкое признание благодаря усовершенствованным методам.

Экстракция ДНК

Когда получают образец, такой как кровь или слюна, ДНК составляет лишь небольшую часть его содержимого. Прежде чем ДНК можно будет проанализировать, её необходимо извлечь из клеток и очистить. Существует множество способов это сделать, но все они основаны на одной и той же базовой процедуре. Чтобы ДНК оказалась в растворе, необходимо разрушить клеточные и ядерные мембраны. После освобождения ДНК её можно отделить от всех остальных клеточных компонентов. Затем, после разделения ДНК в растворе, оставшийся клеточный мусор удаляют и утилизируют, оставляя только ДНК. Наиболее распространенные методы экстракции ДНК включают органическую экстракцию (также известную как экстракцию фенолом и хлороформом), экстракцию с использованием Челекса и твердофазную экстракцию. Дифференциальная экстракция – это модифицированный метод, позволяющий разделить ДНК из двух разных типов клеток друг от друга перед её очисткой из раствора. Все методы экстракции хорошо подходят для лабораторных условий, однако аналитики обычно выбирают предпочтительный метод, исходя из таких факторов, как стоимость, время, количество полученной ДНК и её качество.

Анализ РФПП

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (РЛПФ) – это метод анализа ДНК, использующий рестрикционные ферменты для "разрезания" ДНК на короткие и специфические последовательности по всему образцу. Для начала обработки в лаборатории образец сначала должен пройти процедуру экстракции, которая может варьироваться в зависимости от типа образца или стандартных операционных процедур (СОП) лаборатории. После того, как ДНК была "извлечена" из клеток внутри образца и отделена от посторонних клеточных материалов и любых нуклеаз, которые разрушают ДНК, образец может быть подвергнут воздействию необходимых рестрикционных ферментов для разрезания на различимые фрагменты. После ферментативного переваривания проводится саузерн-блоттинг. Саузерн-блоттинг – это метод разделения по размеру, который выполняется на геле с использованием радиоактивных или хемолюминесцентных зондов. РЛПФ может проводиться с использованием однолокусных или многолокусных зондов (зонды, нацеленные либо на один участок ДНК, либо на несколько участков ДНК). Использование многолокусных зондов обеспечивало более высокую дискриминационную способность анализа, однако завершение этого процесса могло занимать от нескольких дней до недели на один образец из-за большого количества времени, необходимого для каждого этапа визуализации зондов.

Анализ STR

thumb|300px|Анализ коротких тандемных повторов (STR) на упрощенной модели: Сначала образец ДНК подвергается полимеразной цепной реакции (ПЦР) с праймерами, нацеленными на определенные STR (которые различаются по длине у разных людей и их аллелей). Полученные фрагменты разделяются по размеру (например, с помощью электрофореза). Современная система ДНК-профилирования основана на полимеразной цепной реакции (ПЦР) и использует простые последовательности. Основные локусы почти универсальны, в то время как в Великобритании используется система ДНК из 17 локусов, а в Австралии – 18 основных маркеров. Настоящая сила анализа STR заключается в его статистической дискриминационной способности. Поскольку 20 локусов, которые в настоящее время используются для дискриминации в CODIS, наследуются независимо (количество повторов в одном локусе не влияет на вероятность любого количества повторов в другом локусе), можно применить правило произведения вероятностей. Это означает, что если у человека есть генотип ДНК ABC, где три локуса независимы, то вероятность наличия у этого человека данного генотипа равна вероятности генотипа А, умноженной на вероятность генотипа B, умноженной на вероятность генотипа C. Это позволило достичь вероятности совпадения 1 к квинтиллиону (1x1018) или выше. Однако поиск в базах данных ДНК выявил гораздо более частое, чем ожидалось, количество ложных совпадений ДНК-профилей.

Анализ Y-хромосомы

Благодаря отцовскому наследованию, Y-гаплотипы предоставляют информацию о генеалогическом происхождении мужского населения. Для изучения истории этой популяции и получения оценок частот гаплотипов при расследовании уголовных дел в 2000 году была создана "Референтная база данных гаплотипов Y (YHRD)" как онлайн-ресурс. В настоящее время она содержит более 300 000 минимальных (8 локусов) гаплотипов из популяций со всего мира.

Анализ митохондрий

МтДНК можно получить из таких материалов, как стержни волос и старые кости/зубы. Контрольный механизм основан на точке соприкосновения с данными. Это можно установить по расположению инструмента в образце.

Проблемы с образцами криминалистической ДНК

Когда люди думают об анализе ДНК, они часто вспоминают такие телешоу, как NCIS или CSI, где образцы ДНК поступают в лабораторию и анализируются мгновенно, а уже через несколько минут на экране появляется фотография подозреваемого. Однако реальность выглядит совсем иначе, и идеальные образцы ДНК далеко не всегда удается собрать с места преступления. Тела убитых часто долгое время остаются под воздействием неблагоприятных условий до того, как их обнаружат, а предметы, использованные при совершении преступления, нередко касались несколько человек. Две наиболее часто встречающиеся проблемы, с которыми сталкиваются криминалисты при анализе образцов ДНК, – это деградированные образцы и ДНК-смеси.

Деградировавшая ДНК

До появления современных методов ПЦР анализ деградировавших образцов ДНК был практически невозможен. Методы, такие как полиморфизм длины рестрикционных фрагментов или RFLP, который был первой техникой, использованной для анализа ДНК в криминалистике, требовали ДНК высокой молекулярной массы в образце для получения достоверных данных. Однако высокомолекулярная ДНК отсутствует в деградированных образцах, поскольку ДНК слишком фрагментирована для точного проведения RFLP-анализа. Анализ деградировавших образцов ДНК стал возможен только с изобретением методов ПЦР – полимеразной цепной реакции. Особенно многоплексная ПЦР позволила выделять и амплифицировать небольшие фрагменты ДНК, сохранившиеся в деградированных образцах. При сравнении методов многоплексной ПЦР со старыми методами, такими как RFLP, наблюдается значительная разница. Многоплексная ПЦР теоретически может амплифицировать менее 1 нг ДНК, в то время как для проведения RFLP-анализа требовалось не менее 100 нг ДНК.

Низкотеповая ДНК

Низкое количество ДНК-шаблона может возникать при содержании менее 0,1 нг ДНК в образце. Это может приводить к увеличению вероятности стохастических эффектов (случайных событий), таких как выбывание аллелей или снижение интенсивности аллелей, что может повлиять на интерпретацию профиля ДНК. Эти стохастические эффекты могут вызывать неравномерное амплифицирование двух аллелей, происходящих от гетерозиготного индивида. Особенно важно учитывать низкое количество ДНК-шаблона при работе со смешанными образцами ДНК, поскольку у одного или нескольких участников смеси может быть недостаточно ДНК для оптимального проведения ПЦР-реакции. Поэтому для интерпретации профилей ДНК разработаны стохастические пороговые значения. Стохастический порог – это минимальная высота пика (значение RFU) на электроферограмме, при которой наблюдается выбывание аллелей. Если значение высоты пика превышает этот порог, можно предположить, что выбывание аллелей не произошло. Например, если на электроферограмме для определенного локуса наблюдается только один пик, но его высота превышает стохастический порог, то можно обоснованно предположить, что индивид гомозиготен и не потерял аллель от своего гетерозиготного партнера, который в противном случае мог бы выпасть из-за низкого количества ДНК-шаблона. Выбывание аллелей может происходить при низком количестве ДНК-шаблона, поскольку исходное количество ДНК настолько мало, что в данном локусе вкладчик в образец ДНК (или смесь) является истинным гетерозиготом, но другой аллель не амплифицируется и, следовательно, теряется. Снижение интенсивности аллелей также может возникать при низком количестве ДНК-шаблона, поскольку иногда может амплифицироваться пик "заикания" – артефакт ПЦР. Во время ПЦР-реакции ДНК-полимераза присоединяет нуклеотиды к праймеру, но этот процесс очень динамичен: ДНК-полимераза постоянно связывается, отсоединяется и снова связывается. Поэтому иногда ДНК-полимераза может повторно присоединиться к короткому тандемному повтору, расположенному непосредственно перед ней, что приводит к образованию короткого тандемного повтора, на один повтор меньше, чем шаблон. Во время ПЦР, если ДНК-полимераза случайно свяжется с локусом в области "заикания" и начнет его амплифицировать, создавая множество копий, то этот продукт "заикания" может случайным образом появиться на электроферограмме, приводя к снижению интенсивности аллелей.

Анализ MiniSTR

В случаях, когда образцы ДНК деградированы, например, при сильных пожарах или если остались только костные фрагменты, стандартное STR-тестирование может оказаться недостаточным. При проведении стандартного STR-тестирования на сильно деградированных образцах более крупные локусы STR часто не амплифицируются, и получаются лишь частичные профили ДНК. Частичные профили ДНК могут быть полезным инструментом, но вероятность случайного совпадения в этом случае выше, чем при получении полного профиля. Для анализа деградированных образцов ДНК был разработан метод, основанный на технологии miniSTR. В этом новом подходе праймеры специально разработаны для связывания вблизи STR-региона. При обычном STR-тестировании праймеры связываются с более длинными последовательностями, включающими в себя STR-регион. Однако при анализе miniSTR происходит таргетирование непосредственно STR-локуса, что приводит к образованию значительно меньшего ДНК-продукта.

Оценка доказательств ДНК

При использовании RFLP теоретический риск случайного совпадения составляет 1 на 100 миллиардов (100 000 000 000), однако практический риск на самом деле составляет 1 на 1000, поскольку монозиготные близнецы составляют 0,2% человеческой популяции. Более того, вероятность лабораторной ошибки почти наверняка выше, и фактические лабораторные процедуры часто не соответствуют теории, на основе которой рассчитывались вероятности совпадения. Например, вероятность совпадения может быть рассчитана исходя из вероятности того, что маркеры в двух образцах имеют полосы в точности в одном и том же месте, но лаборант может заключить, что похожие, но не идентичные паттерны полос обусловлены идентичными генетическими образцами с некоторыми дефектами агарозного геля. Однако в этом случае лаборант увеличивает риск совпадения, расширяя критерии для признания совпадения. Исследования, проведенные в 2000-х годах, показали относительно высокие показатели ошибок, что может вызывать опасения. На заре генетического типирования необходимые данные о популяции для точного расчета вероятности совпадения иногда были недоступны. В период с 1992 по 1996 год на вероятности совпадения, используемые в анализе RFLP, были произвольно и спорно установлены низкие пределы, вместо более высоких, теоретически вычисленных.

Доказательство генетического родства

Можно использовать ДНК-профилирование в качестве доказательства генетического родства, хотя сила таких доказательств может варьироваться от слабой до убедительной. Тестирование, не выявившее родства, является абсолютно достоверным. Более того, хотя у подавляющего большинства людей есть уникальный и единый набор генов, крайне редко встречаются люди, известные как "химеры", у которых есть как минимум два различных набора генов. Зафиксировано два случая, когда ДНК-профилирование ошибочно указывало на отсутствие родства между матерью и её детьми.

Поддельные доказательства ДНК

Функциональный анализ генов и их кодирующих последовательностей (открытые рамки чтения [ОРФ]) как правило требует экспрессии каждого ОРФ, очистки кодируемого белка, производства антител, изучения фенотипов, определения внутриклеточной локализации и поиска взаимодействий с другими белками. В исследовании, проведенном компанией Nucleix, занимающейся биологическими науками, и опубликованном в журнале Forensic Science International, ученые обнаружили, что образец ДНК, синтезированный in vitro и соответствующий любому желаемому генетическому профилю, можно создать, используя стандартные методы молекулярной биологии, без получения каких-либо образцов тканей от этого человека.

Поиск семейной ДНК

Поиск ДНК по родственникам (иногда называемый «поиском ДНК по родственникам» или «поиском в базе данных ДНК по родственникам») — это практика создания новых следственных зацепок в случаях, когда ДНК-доказательства, обнаруженные на месте преступления (судебно-медицинский профиль), сильно напоминают существующий профиль ДНК (профиль преступника) в государственной базе данных ДНК, но точного совпадения нет. После исчерпания всех остальных зацепок следователи могут использовать специально разработанное программное обеспечение для сравнения судебно-медицинского профиля со всеми профилями, хранящимися в базе данных ДНК штата, чтобы составить список преступников, уже находящихся в базе данных, которые, вероятнее всего, являются близкими родственниками человека, ДНК которого содержится в судебно-медицинском профиле. Поиск ДНК по родственникам впервые был использован в расследовании, приведшем к осуждению Джеффри Гафура за убийство Линнетт Уайт в Соединенном Королевстве 4 июля 2003 года. ДНК-доказательства совпали с ДНК племянника Гафура, которому на момент убийства в 1988 году было всего 14 лет. В 2004 году эта технология снова была применена для поиска человека, бросившего кирпич с эстакады на проезжающий грузовик, в результате чего водитель погиб. ДНК, обнаруженная на кирпиче, совпала с ДНК, найденной на месте кражи автомобиля ранее в тот же день, но в национальной базе данных ДНК не было подходящих совпадений. Более широкий поиск выявил частичное совпадение с одним человеком; в ходе допроса он сообщил, что у него есть брат, Крейг Харман, который жил недалеко от места преступления. Харман добровольно предоставил образец ДНК, и признался, когда его ДНК совпала с образцом, взятым с кирпича. По состоянию на 2011 год поиск ДНК по родственникам не проводился на национальном уровне в Соединенных Штатах, где штаты самостоятельно определяют, как и когда проводить такие поиски. Первый поиск ДНК по родственникам с последующим осуждением в Соединенных Штатах был проведен в Денвере, штат Колорадо, в 2008 году с использованием программного обеспечения, разработанного под руководством окружного прокурора Денвера Митча Морриси и директора криминалистической лаборатории Департамента полиции Денвера Грегга ЛаБержа. Калифорния стала первым штатом, внедрившим политику поиска ДНК по родственникам при генеральном прокуроре Джерри Брауне, который впоследствии стал губернатором. В качестве консультанта Рабочей группы по поиску ДНК по родственникам Департамента юстиции Калифорнии бывший прокурор округа Аламеда Рок Хармон считается ключевой фигурой в принятии технологии поиска ДНК по родственникам в Калифорнии. Эта технология была использована для поимки серийного убийцы из Лос-Анджелеса, известного как «Скорбящий спящий», в 2010 году. Именно ДНК сына подозреваемого, а не свидетель или информатор, помогли правоохранительным органам установить личность серийного убийцы, который более двух десятилетий скрывался от полиции. Сын подозреваемого был арестован и осужден за преступление, связанное с незаконным оружием, и его ДНК был взят для анализа за год до этого. Когда его ДНК был внесен в базу данных осужденных преступников, детективы были предупреждены о частичном совпадении с доказательствами, найденными на месте преступлений «Скорбящего спящего». Дэвид Франклин-младший, также известный как «Скорбящий спящий», был обвинен в десяти убийствах и одной попытке убийства. Недавно поиск ДНК по родственникам привел к аресту 21-летнего Элвиса Гарсии по обвинению в сексуальном насилии и незаконном лишении свободы женщины в Санта-Крузе в 2008 году. В марте 2011 года губернатор Вирджинии Боб Макдоннелл объявил, что Вирджиния начнет использовать поиск ДНК по родственникам. На пресс-конференции в Вирджинии 7 марта 2011 года, касающейся дела насильника с Восточного побережья, прокурор округа Принц Уильям Пол Эберт и детектив полиции округа Фэрфакс Джон Келли заявили, что дело было бы раскрыто много лет назад, если бы Вирджиния использовала поиск ДНК по родственникам. Аарон Томас, подозреваемый в насильственных преступлениях на Восточном побережье, был арестован в связи с изнасилованием 17 женщин от Вирджинии до Род-Айленда, но в этом деле не использовался поиск ДНК по родственникам. Критики поиска ДНК по родственникам утверждают, что эта технология нарушает права человека, гарантированные Четвертой поправкой к Конституции США. Защитники конфиденциальности требуют ограничения доступа к базам данных ДНК, утверждая, что единственным справедливым способом поиска возможных совпадений ДНК с родственниками преступников или задержанных было бы создание общенациональной базы данных ДНК, и большинство пришло к выводу, что эта практика соответствует конституции. Апелляционный суд девятого округа в деле Соединенных Штатов против Пул (отменено как утратившее силу) предположил, что эта практика в некоторой степени аналогична ситуации, когда свидетель смотрит на фотографию одного человека и заявляет, что он похож на преступника, что приводит правоохранительные органы к тому, чтобы показать свидетелю фотографии людей, похожих на подозреваемого, среди которых преступник и идентифицируется. Критики также утверждают, что поиск ДНК по родственникам может привести к расовой дискриминации. В Соединенных Штатах уровень осуждения представителей расовых меньшинств значительно выше, чем в среднем по населению. Неясно, связано ли это с дискриминацией со стороны сотрудников полиции и судов или с более высоким уровнем преступности среди представителей меньшинств. Базы данных, основанные на арестах, которые существуют в большинстве штатов США, приводят к еще большему уровню расовой дискриминации. Арест, в отличие от осуждения, в большей степени зависит от усмотрения полиции. Частичное совпадение не предполагает использования программного обеспечения для поиска ДНК по родственникам, такого как используемое в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах, или дополнительного анализа Y-STR и, следовательно, часто не выявляет родственные связи между братьями и сестрами. Частичное совпадение использовалось для идентификации подозреваемых в нескольких делах в обеих странах, а также в качестве инструмента для оправдания ложно обвиняемых. Даррил Хант был несправедливо осужден в связи с изнасилованием и убийством молодой женщины в 1984 году в Северной Каролине.

Скрытый сбор ДНК

Полицейские органы могут собирать образцы ДНК без ведома подозреваемого и использовать их в качестве доказательства. Законность этой практики ставится под вопрос в Австралии. В Соединенных Штатах, где она допускается, суды часто решают, что нет оснований для ожидания конфиденциальности, и ссылаются на дело California v. Greenwood (1988), в котором Верховный суд постановил, что Четвертая поправка к Конституции не запрещает обыск и изъятие мусора, выставленного для сбора за пределы территории, прилегающей к дому. Критики этой практики указывают на то, что данная аналогия не учитывает, что "большинство людей даже не подозревают о риске передачи своей генетической информации полиции, например, не уничтожив использованный кофейный стаканчик. Более того, даже если они осознают это, избежать оставления своей ДНК в публичном месте невозможно". Верховный суд США в деле Maryland v. King (2013) постановил, что взятие образцов ДНК у лиц, арестованных за тяжкие преступления, соответствует конституции. В Соединенном Королевстве Закон о человеческих тканях 2004 года запрещает частным лицам тайно собирать биологические образцы (волосы, ногти и т.п.) для анализа ДНК, однако освобождает медицинские и уголовные расследования от этого запрета.

Англия и Уэльс

Доказательства эксперта, сравнивавшего образцы ДНК, должны сопровождаться доказательствами об источниках этих образцов и методах получения профилей ДНК. Судья должен удостовериться, что присяжные понимают значение совпадений и расхождений в профилях ДНК. Судья также должен удостовериться, что присяжные не смешивают вероятность совпадения (вероятность того, что случайно выбранный человек имеет профиль ДНК, совпадающий с образцом с места преступления) с вероятностью того, что человек с совпадающим профилем ДНК совершил преступление. В 1996 году в деле R v. Doheny присяжные должны оценивать противоречивые и подтверждающие доказательства, полагаясь на здравый смысл, а не на математические формулы, такие как теорема Байеса, чтобы избежать "путаницы, недопонимания и ошибочного суждения".

ДНК-тестирование в США

Химик таможенной и пограничной службы анализирует ДНК-профиль для определения происхождения товара. Во всех 50 штатах США существуют законы, регулирующие ДНК-профилирование. Подробную информацию о законодательстве в области баз данных каждого штата можно найти на сайте Национальной конференции законодательных собраний.