Молекула ДНК – носитель генетической информации
Догадки о том, что все живое состоит из мельчайших частиц, высказывались еще в глубокой древности, но доказать это смелое предположение ученым удалось лишь в ХХ веке.
Открытие в 1911 г. Резерфордом атомного ядра совершило переворот в современной науке. На смену старой физике пришла квантовая. Последовавшие работы Энштейна, Планка, Бора и Шредингера поставили на прочный фундамент химию, открыли истинный смысл атомного номера в периодической системе Менделеева. Прояснился смысл валентности и была установлена природа химической связи, соединяющей атомы в молекулы, что дало толчок развитию генетики (от греческого слова genos – происхождение), науки о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими.
Достижения в области физики и химии дали возможность выдвинуть предположение о том, что химическая субстанция, именуемая ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), открытая еще в 1869 году швейцарским врачом И.Ф. Мишером, является носителем генетической информации. Такое предположение биологи сделали на основе изучения бактерий-пневмококков, вызывающих воспаление легких (пневмонию). Догадка нашла подтверждение лишь в 1953 году, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик открыли тот факт, что структура ДНК представляет собой двойную спираль.
Созданная учеными пространственная модель строения ДНК – результат совместных усилий генетиков, выдвинувших концепцию кодирования наследственной информации с помощью генов; физиков, определивших молекулярную структуру ДНК; биохимиков, установивших химический состав ДНК. Это привело к формированию основных законов молекулярной генетики.
Как известно, все живые организмы построены из клеток, ядра которых состоят из хромосом. Хромосома – сложный комплекс ДНК и белка, являющийся важнейшим для жизнедеятельности природным полимером.
Открытие в конце 60 гг. рестриктаз (ферментов, позволяющих разрезать ДНК на фрагменты любой длины в местах с определенной последовательностью нуклеотидов) дало возможность определять последовательность нуклеотидов в цепочках ДНК.
Передаваемая из поколения в поколение наследственная информация подвержена изменениям в структуре ДНК (мутациям), которые могут быть как вредными для организма, так и полезными или нейтральными. Биологам удалось обнаружить участки ДНК с повышенной изменчивостью. Обнаружение таких участков открыло широкие возможности для выявления индивидуальных признаков человека. В результате удалось изучить явление полиморфизма – многообразия форм или структурных состояний (аллелей) одного и того же гена у разных представителей одного и того же вида.
Ранее ограничивавшаяся определением групповой принадлежности, судебная биологическая экспертиза объектов биологического происхождения приобрела идентификационный характер. Стало возможным проведение идентификационных исследований не только крови, в белых кровяных тельцах которой содержатся клеточные ядра, но и спермы, слюны, вагинальных выделений, луковиц волос, зубной пульпы, ткани эмбриона и других тканей. Главным условием проведения такого исследования является наличие в объекте биологического происхождения хотя бы одной ядросодержащей клетки ДНК.
Судебная геноскопическая экспертиза – самостоятельный вид судебно-биологической экспертизы, исследующей генетические признаки ядросодержащих клеток организма с целью его идентификации.
За сравнительно короткий промежуток времени методика проведения данной экспертизы претерпела существенные изменения. Получил признание и в настоящее время является предпочтительным метод под названием “полимеразная цепная реакция” (ПЦР), открытый в 1983 году американским исследователем К. Муллисом (Автор методики усовершенствовал разработки Р.К. Саики, за что был удостоен Нобелевской премии по химии в 1993 г.).
Метод использует естественное свойство клетки дублировать себя и предполагает использование другого фермента – ДНК-полимеразы, возбуждающего цепную реакцию амплификации (выборочного копирования, размножения определенного участка клетки. Термин происходит от латинского слова amplificato, что означает распространение, увеличение).
Возможность идентификации методом ПЦР не зависит от количества ДНК, выделенной из биоматериала.
Явное преимущество данного метода заключается в том, что он дает возможность исследовать микроколичества веществ и даже единичные клетки, старые следы биологического происхождения, частично деградировавшие под действием биологических и физико-химических факторов. К несомненным достоинствам метода относится и реальная возможность автоматизации всего хода исследования и создания банков данных.
Кроме того, метод открывает новые возможности в исследовании минимальных количеств митохондриальной ДНК. Разнообразные по своему строению митохондрии отличаются большей стабильностью и выполняют функцию образования энергии в результате биологического окисления. Их выделение из тканей организма представляет более трудоемкий процесс, но сама возможность использовать митохондриальную ДНК для идентификации методом ПЦР существенно расширяет круг объектов, пригодных для геноскопической экспертизы.
Митохондриальные клетки можно выделить из волос, утративших свои луковицы, зубов при отсутствии пульпы, костей, не содержащих костного мозга и других тканей организма.
За последнее время сделаны важные шаги по пути преодоления технических трудностей, с которыми сталкиваются эксперты-биологи в процессе ПЦР. Наиболее серьезные проблемы возникают на стадии выделения и очистки ДНК от загрязнений продуктами гниения, красителями тканей, генетическим материалом бактерий и грибков. Из-за меньшей чувствительности к загрязнениям не вызывает трудности лишь исследование жидкой крови.