Полимеразная цепная реакция позволяет “снимать копии” с крайне малого количества ДНК – сотен, а то и десятков пикограммов, то есть геномов горсточки клеток. Из считанных молекул, содержащихся в образце, можно получить количество, достаточное для анализа. Теперь уликой в уголовном деле может стать и капля крови, и несколько волосков (с волосяными луковицами), а личность убитого можно установить даже по фрагменту кости.
Сегодня существует множество вариантов ПЦР для самых разных надобностей
[39]. Можно проводить реакцию с несколькими парами праймеров в одной пробирке, можно амплифицировать фрагменты длиннее 5000 пар нуклеотидов. Хитроумный способ, включающий нарезание исходной ДНК на куски и их закольцовывание, позволяет получить копии последовательности, которая в линейной ДНК была справа и слева от известных праймеров, а не между ними (это нужно, например, чтобы понять, в какое место человеческой ДНК встроил свой геном вирус). Можно запустить полимеразную реакцию внутри целых живых клеток в культуре, а потом с помощью гибридизации показать, где находится искомая нуклеотидная последовательность… Много чего можно. В настоящее время ПЦР – трудолюбивая рабочая лошадка молекулярной биологии, ее гоняют и в хвост и в гриву. Кстати, и большинство методов высокопроизводительного секвенирования с необходимостью включают в себя полимеразную цепную реакцию на этапе подготовки библиотек ДНК-фрагментов. И так будет по крайней мере до тех пор, пока не победят методы, работающие с единичными молекулами, вроде нанопорового секвенирования. То есть еще долго. Нельзя исключать, что на смену классической ПЦР придут другие методы амплификации ДНК – но и они, скорее всего, будут так или иначе использовать принцип, придуманный майской ночью на трассе 128.
Выделить главное
Теперь опять вернемся к человеческой ДНК, Алеку Джеффрису, криминалистике и определению отцовства. Те самые участки с повторяющимися последовательностями, которые Алек Джеффрис в своих первых экспериментах искал среди рестрикционных фрагментов, мы легко можем получить с помощью ПЦР. И на форезе тогда будет не “всеобщая смазь”, какую мы видели в первых опытах, а четкие отдельные полоски.
Мы помним, что одна из самых серьезных проблем ДНК-фингерпринта в криминалистике – малые количества доступной ДНК и высокая вероятность ее деградации в неидеальных условиях места преступления. Эти проблемы помогла решить, во-первых, полимеразная цепная реакция, а во-вторых, выбор других маркеров. Вместо гипервариабельных минисателлитов (VNTR) начали использовать микросателлиты, они же короткие (простые) тандемные повторы, они же STR (short tandem repeat, simple tandem repeat). И по сей день ученые и криминалисты всех цивилизованных стран пользуются стандартными методиками для исследования STR-локусов.
Чем хороши STR? Именно тем, что они короткие: длина этих участков – около 100 н. п., а не тысячи, соответственно, больше вероятность, что удастся отыскать их целыми, неповрежденными, и ПЦР ставить удобно. А все остальное работает так же, как и с VNTR: от количества повторов зависит длина сравниваемых участков, и она-то различается у разных людей. Чем больше таких участков – STR-локусов – используют для сравнения двух образцов, тем выше достоверность заключения.
Допустим, в конкретном месте генома (локусе) у разных людей может быть от 1 до 11 копий STR. Поскольку набор хромосом у человека двойной, все гены и межгенные участки у каждого из нас представлены в двух экземплярах (необязательно идентичных). Разные варианты одного участка называют аллелями, а множество всех вариантов с различным числом повторов – аллельной лестницей. Например, у мамы могут быть аллели 5–6 (в одной хромосоме 5 копий STR, в другой 6) а у папы 6–8 (в одной хромосоме 6, в другой 8). Ребенок получает одну хромосому от отца, другую от матери, следовательно, у данной пары могут быть дети с аллелями 5–6, 5–8, 6–6 или 6–8. Если же у ребенка 5–5, значит, папа – не папа.
Вот почему в отчетах по установлению родства методом ДНК-фингерпринта мы видим пары чисел: каждое число – это количество повторов у данного человека в данном локусе. Если у человека в обеих хромосомах в этом месте одинаковое количество повторов, то есть и от мамы, и от папы он получил по 6 повторов (он гомозиготен по этому аллелю, говорят генетики), тогда вместо пары чисел может быть одно число.
Как отмечает сам Алек Джеффрис, его удивило, что потребовалось еще пять лет, чтобы типирование по STR окончательно вытеснило старые методы. Были найдены участки с четырехнуклеотидными повторами, дававшие более четкую картину, мультиплексная ПЦР (это когда в реакционную смесь добавляют не одну пару праймеров, а несколько) позволила идентифицировать сразу несколько участков в одном образце, а использование флуоресцентных праймеров дало возможность автоматизировать процесс.
Очень скоро это стало государственным делом, и первой была, естественно, Великобритания. В апреле 1995 г. британский министр внутренних дел Майкл Ховард объявил об основании Национальной базы данных ДНК (National DNA Database, NDNAD) – первой в мире государственной базы ДНК-профилей преступников. К июлю 2005 г. в ней были 2,9 млн ДНК-профилей и образцов ДНК. Эта база данных с самого начала помогала расследовать не только страшные преступления, но и сравнительно мелкие – оказалось, что и кражу автомобиля совсем нетрудно раскрыть, если на руле найдется ДНК человека, которому владелец одолжить машину никак не мог. Другие страны инициировали аналогичные программы. Раскрываемость с использованием ДНК-анализа и базы данных ДНК-профилей сразу же пошла вверх.
В 2003 г. в Великобритании был принят закон, согласно которому в базе данных должна оставаться ДНК не только осужденных, но и подозреваемых. С точки зрения полиции, правильный закон: под подозрение обычно попадают не ангелы, а такие персоны, которые, даже если не совершили этого конкретного преступления, с высокой вероятностью совершили или совершат другое. Войдут ли когда-нибудь в эти базы все граждане, в том числе самые законопослушные, – спорный вопрос, к которому мы еще вернемся. Кстати, мы уже достаточно знаем о фингерпринте, чтобы понять следующее: ДНК-профиль в базе данных может указать не только на самого человека, но и на его ближайших родственников, то есть можно установить, что ДНК с места нового преступления принадлежит сыну или отцу нашего старого знакомого, который есть в базе данных.
Фигурант первого дела, который Алек Джеффрис и Эрика Хагельберг расследовали с помощью STR и ПЦР в 1990 г., был идентифицирован именно через сравнение его фингерпринта с фингерпринтами его сына и бывшей жены. Этот персонаж по числу жертв опередил всех маньяков-убийц, и заурядных, и знаменитых: ни у кого из них не было таких идеальных условий для работы. Доктор Йозеф Менгеле, Ангел Смерти из Освенцима, признан виновным в убийстве десятков тысяч беззащитных людей.
Охота на доктора Менгеле
Некоторые эксцентричные люди нового тысячелетия называют этого человека ученым и пытаются доказать, что его исследования, как ни кошмарны, принесли медицине определенную пользу. Действительно, начинал он как ученый, и тема его докторской диссертации – “Расовые различия строения нижней челюсти” – не слишком выделялась на фоне других тогдашних научных работ в Германии или за ее пределами; до ужасных практических приложений теории о превосходстве арийской расы оставалось еще несколько лет. В 1938 г. Менгеле вступил в нацистскую партию и в СС. Служил врачом на Восточном фронте, получил звание гауптштурмфюрера СС и Железный крест первого класса за спасение двух человек из горящего танка. (Второй Железный крест он получит позднее – за энергичные санитарные меры во время эпидемий тифа и скарлатины в лагере, включающие массовую отправку зараженных в газовые камеры.) В 1942 г. был ранен, в 1943 – направлен в Освенцим.
