Москва +7 (495) 789-36-38
Главная страница/ База знаний/ Статьи/ Судебная экспертиза/

Протеомика: развитие нового направления судебной экспертизы

Анализ ДНК, которая является основой строения всего живого, стал одним из основополагающих инструментов современной криминалистики. ДНК содержится везде: в слюне, крови, сперме и даже в почти невидимых следах на предметах, которые оставляют преступники на месте преступления. Результаты анализа ДНК стали самыми весомыми доказательством, представленным присяжным за последние 30 лет.

Однако анализ ДНК имеет свои ограничения. Дело в том, что самый богатый источник информации на деле может быть очень хрупок. Его может оказаться недостаточно, чтобы стать полноценным доказательством по делу.

Например, источники ДНК, собранные на месте преступлений против сексуальной неприкосновенности, в половине случаев не дают достаточно генетической информации для определения профиля преступника. Но представьте, что среди собранных улик есть лобковый волос преступника. И этот волос содержит белки, намного более прочные, чем ДНК, так же, как и генетическую последовательность, которая может помочь в идентификации преступника.

Все внимание – на белки

И это уже не просто фантазии. Один из самых новых и перспективных проектов, нацеленный в будущее, связан с изучением основы ДНК – белками.

Белки, из которых состоят кости, зубы, волосы и даже микроскопические клетки кожи, более прочны, именно поэтому они и стали объектом изучения в ряде сегодняшних проектов Ливермольской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory) и Агентства передовых исследований в сфере разведки (Intelligence Advanced Research Projects Agency, IARPA). Этим летом стартовал так называемый «Проект Протеус».

Ученые-исследователи рассматривают этот проект как долгосрочное исследование, в рамках которого они будут сравнивать имеющиеся фрагменты протеом с образцами подозреваемого, или даже количественно определять в базе данных вероятность случайного совпадения, как это происходит сейчас при анализе ДНК. В течение примерно пяти лет клетки кожи, оставленные преступником, или упавший волос достаточно хорошо сохраняются для того, чтобы использовать их для идентификации личности.

Несмотря на то, что протеомика не сможет полностью заменить анализ ДНК, она станет надежным инструментом при исследовании места преступления в будущем, говорят ученые.

«Если у вас есть качественный образец ДНК, то это первое, с чего вы должны начать экспертизу», – говорит Деон Анекс, химик из Ливермольской лаборатории, и один из ведущих ученых этого проекта. То, что мы пытаемся сделать – это найти типы улик, которые не будут содержать ДНК необходимого качества для получения полного профиля, основанного на генетических маркерах, или, возможно, частичного профиля, или вообще никакого».

Волосы

Концепцию идентификации с помощью белков впервые презентовали общественности в 2016 году, когда ученые Ливермольской лаборатории опубликовали свои исследования на эту тему. Волосы, возраст которых составлял 250 лет, содержали около 200 «автографов» белков, которые могли бы представлять своего рода молекулярные «отпечатки» разных видов и которые затем можно было бы сузить до одного на миллион.

Команда ученых использовала стержни (видимая часть) волос шести человек, захороненных в Лондоне и Кенте в период с 1750 по 1853 годы. Волосы были перемолоты, алкилированы и обработаны трипсином. Остаток был исследован и измерен с помощью жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.

От полиморфизмов одной аминокислоты (SAPs) исследователи реконструировали однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) из геномов ДНК объекта. Точность приблизительно эквивалентна анализу митохондриальной ДНК из волосяных стержней. Если бы они использовались вместе, то анализ волосяных стержней мог бы стать прорывом в генетической идентификации, заверил Бредли Харт из Центра криминалистики Ливермольской лаборатории.

Некоторые СМИ в то время зашли так далеко, что объявили протеомику «лучшим методом идентификации личности, чем анализ ДНК». Но это не совсем верно, уверяют ученые. Анекс объясняет, почему важно продолжать исследования на изменчивость белка в волосах, вплоть до отдельных стержней. Текущая работа – по большей части не опубликованная – включает поиски различной экспрессии протеинов в волосах из различных участков тела, от лобка до кожи головы, так же как и различий в более длинных и более подверженных внешнему воздействию волосах.

Генетически-модифицированные пептиды (GVPS) являются отражением однонуклеоидных полиморфизмов (SNPs) в ДНК, т.к. последние способны воссоздавать протеины. Но возможность идентификации не так сильно связана с протеинами.

«СМИ пестрели сообщениями о том, что протеины приходят на смену анализу ДНК, но это не то, к чему мы стремимся, – говорит Анекс. Нас больше интересует то, что волосы в значительной степени устойчивы к разрушению. Они могут сохраняться долгое время, так же как зубы и кости».

Кости

Гипотеза о сохранности костей также была проверена, а результаты опубликованы в 2018 году в журнале Forensic Science International.

Исследователи анализировали реберные кости от 10 недавно умерших доноров, все европейско-американского происхождения. Ученые нашли серию из 35 различных протеиновых маркеров, используя метод жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией (LCMS) для разделения и количественного определения многовариантных цепочек аминокислот. Маркеры дали достаточно информации для установления вероятности случайного совпадения от 1-к-6 до наилучшего 1-к-42 000 человек.

Это не результаты, которыми обычно оперирует анализ ДНК – миллиарды и миллиарды. Трудность с костями, в отличие от, скажем, волос, заключается в том, что они дают меньший набор генетически-модифицированных пептидов.

«По своей природе генетическая вариабильность белков, содержащихся в костях, меньше по сравнению с волосам, – говорит Харт. Для идентификации или для использования в качестве доказательств белки волос представляют большую ценность».

Одно из специфических применений протеомики костей могло бы быть использование ее во время крупных катастроф, например, при массовых пожарах, когда экспертам необходимо разобрать большое количество перемешанных останков. Такое исследование стало бы ключевым для идентификации и сборе разрозненных частей тел пострадавших для решения трудновообразимых криминалистических задач, как например, последствия террористической атаки 9/11 на Всемирный торговый центр, которая произошла 17 лет назад, говорит Анекс.

Исследования зубов может иметь одно своеобразное применение для криминалистики. Амелогенин, белок, который содержится в зубной эмали, показывает X- и Y-изоформы, что означает возможность определения пола с помощью химического анализа вещества.

Несмотря на все это, работа с костями и зубами на сегодняшний день отложены ради преимуществ, которые дает анализ волос, а также ради нового масштабного проекта исследований ороговевших клеток кожи, поясняет Анекс.

Кожа

Идея судебной протеомики появилась несколько лет назад, когда ученые Ливермольской лаборатории начали работать с Бюро алкоголя, табака, огнестрельного оружия и взрывчатых веществ (ATF).

Один из экспертов Бюро столкнулся с проблемой: очень редко ему удавалось получить отпечаток ДНК с медных поверхностей. Он хотел узнать, смогут ли белки, в частности, клетки кожи стать более надежным источником улик.

С тех пор два агентства проводили эксперименты: добавляли к бомбам улики в виде клеток кожи и волос, бомбы взрывали в специальных камерах, чтобы затем узнать, сохраняется ли митохондриальная ДНК и белки от воздействия тепла при взрыве. Результаты экспериментов еще не опубликованы, но обе команды исследователей обнаружили, что улики в виде волос и кожи сохраняются хотя бы частично в неизменном виде.

Идея о клетках кожи дала начало исследованиям Ливермольской лаборатории в области микроскопического анализа белков кожи и костей. Но сейчас, сделав круг, исследования вновь вернулись только к анализу белков клеток кожи – проекту Протеус под руководством Агентства передовых исследований в сфере разведки (далее IARPA).

Протеус

Прошлым летом проект, рассчитанный на три года, был представлен общественности и получено 6 заявок от различных организаций на участие в нем. Три агентства принимают участие в проекте в качестве разработчиков методики тестирования, еще три – входят в группу по тестированию и оценке результатов.

Работа разбита на три этапа:

  1. Определение генетически-модифицированных пептидов (GVPs);
  2. Выделение редких GVPs;
  3. Заключительный этап, завершающий «тестовую спираль» шести месяцев: определение методик тестирования в реальных условиях, которые смогут использовать потенциальные конечные потребители.

Менеджер Проекта Протеус, Кристен Джордан, говорит, что три участника исследований будут работать параллельно, как бы состязаясь в том, кто предложит лучшую методику сбора ДНК и белков.

Первый этап Проекта начался в июле этого года и, как ожидается, должен завершиться следующим летом. Остальные два этапа продлятся до конца 2020 года.

В исследованиях будут использоваться инструментальные методы, включая масс-спектрометрию, «которые являются хорошим набором современных инструментов», поясняет Анекс. Одной из потенциальных задач будет определение панели из 100 общих GVPs, которые присутствуют у 20%-70% населения. Если эта панель будет установлена, будет доказано, что ее можно воспроизвести, она будет достоверна и точна, то она будет обладать потенциальной способностью к различению 1 к 1010, это примерно 1 человека на 10 миллиардов проживающих на планете людей.

Каждый из последующих этапов Проекта будет становиться все более сложным. На втором этапе в работе будут использоваться более грязные среды: обгоревшие латунные гильзы, например. Третий этап исследований пройдет в условиях, приближенным к реальным: машины, пострадавшие от взрыва, и другие объекты сложных криминалистических экспертиз.

Ключевой задачей исследований является нахождение связей между белками и ДНК. Секвенирование гена связанное с экспрессией отсылает к его генетической структуре, что уже было доказано в предыдущей программе Ливермольской лаборатории при исследовании клеток кожи. В эту работу, результаты которой еще не опубликованы, была включена разработка модели системы на основе собранных волос и ДНК матерей, отцов и детей.

Ученые доказали, что возможно действовать в обратном направлении: на основе белков прогнозировать последовательности ДНК.

Большим подспорьем для проекта являются готовые базы данных из других источников, особенно данные SNP, которые есть в медицинских исследовательских учреждениях. Эти данные уже содержат множество ДНК-маркеров, что повысит эффективность работы, говорят эксперты.

«Нам не нужно выходить на улицу и вопрошать «Как выглядит ген кератина?», – говорит Анекс. Нам достаточно обратиться к этим базам данных, в которых собрано огромное множество сведений, и начать плодотворно работать».

В будущем можно будет создать базу данных белков, аналогичную национальной базе данных ДНК США (CODIS). Однако, анализ белков не заменит «золотой стандарт» анализа ДНК в криминалистике.

«Анализ белков не станет ведущим доказательством в суде, – поясняет Джордан, менеджер проекта. Он станет дополнительным инструментом для разрешения неопределенности при идентификации человека».

По мнению Джордана, это станет еще одним направлением судебной экспертизы, которое займет свою нишу. «Это совершенно новая и очень сложная работа, как если бы мы строили самолет, на котором летим. И это вызов».

Конечная цель исследований – создать такой набор инструментов и методов для судебной экспертизы, который содержал бы необходимые реагенты для экстракции как белков, так и возможной митохондриальной ДНК. По мнению Анекса, пройдут годы, пока такой набор появится у эксперта при исследовании места преступления. «Я думаю, на это понадобится 5 лет. 10 лет было бы слишком долгим сроком».

 

Источник: Proteomics Forensics in the Making by Seth Augenstein.

Перевод выполнен редакцией Центра экспертиз ИСЭК.

Дата редакции: 11.01.2019




Теги:


Другие статьи


Новости

Спецпроекты

Интервью

Мнения




вверх
Система Orphus
Отправить заявку
Данный сайт использует «cookie» и сторонние интернет-сервисы для сбора информации технического характера и статистической информации. Оставаясь на сайте вы соглашаетесь с Политикой защиты и обработки персональных данных. Ok