автордың кітабын онлайн тегін оқу ДНК-идентификация при противодействии преступности
Информация о книге
УДК 343.98(075.8)
ББК 67.52я73
Б43
Автор:
Белов О. А., кандидат юридических наук, доцент, доцент кафедры криминалистики Московского государственного юридического университета имени О. Е. Кутафина (МГЮА).
Рецензенты:
Ищенко Е. П., доктор юридических наук, профессор, заслуженный юрист Российской Федерации, заслуженный деятель науки Российской Федерации, заведующий кафедрой криминалистики Московского государственного юридического университета имени О. Е. Кутафина (МГЮА);
Хмелёва А. В., кандидат юридических наук, и. о. руководителя управления научно-исследовательской деятельности (научно-исследовательского института криминалистики) Главного управления криминалистики (Криминалистического центра) Следственного комитета Российской Федерации.
В учебном пособии в доступной форме рассмотрены вопросы возникновения, современного состояния, а также перспективы развития методов ДНК-анализа, применяемых в целях раскрытия и расследования преступлений.
Законодательство приведено по состоянию на 1 мая 2022 г.
Пособие рекомендовано обучающимся, преподавателям, сотрудникам правоохранительных органов, судьям, всем, кого интересуют возможности проведения молекулярно-генетических исследований в целях криминалистической идентификации личности.
Учебное пособие подготовлено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
УДК 343.98(075.8)
ББК 67.52я73
© Белов О. А., 2022
© ООО «Проспект», 2022
ВВЕДЕНИЕ
Наблюдающийся в последние годы рост преступности, увеличение количества тяжких преступлений против личности вызывают необходимость профессионального подхода к изучению и использованию при расследовании преступлений различных доказательств. Определенную роль в этом процессе играют интеграция и дифференциация смежных научных отраслей знания — криминалистики, биологии и судебной медицины, что способствует объективизации процесса расследования преступлений.
Практика показывает, что с мест происшествий, помимо следов рук, обуви, транспортных средств, все чаще изымаются микроследы, в том числе биологического происхождения (волосы, перхоть, слюна, кровь и др.).
Установление лица, оставившего биологические следы, занимает центральное место в криминалистической идентификации и в методике расследования преступлений.
Внедрение новых методов обнаружения, фиксации и изъятия следов биологического происхождения, а также дальнейшее исследование таких следов позволяют расширить возможности использования в судопроизводстве извлекаемой из них доказательственной информации.
Биология уже давно заняла свое почетное место в криминалистических лабораториях, и такая непростая задача, как идентификация личности, представляется сегодня невозможной без использования методов этой науки. Внедрение биологических методов анализа в процесс производства судебной экспертизы имеет давнюю историю. Сначала на помощь дактилоскопии, имеющейся в арсенале у криминалистов с 1892 г., пришло серологическое типирование молекул, находящихся в биологических жидкостях, таких как маркеры групп крови АВ0, а также некоторых ферментов.
Однако классические методы идентификации личности по следам биологического происхождения, основанные на сравнительном анализе морфологических признаков, имеют предел идентификационных возможностей. С развитием методов молекулярной генетики появилась перспектива существенно расширить возможности судебно-медицинской идентификации посредством использования методов ДНК-анализа.
В 1985 году генетиком Алексом Джеффрисом был предложен первый метод, позволяющий проводить генетическую идентификацию биологических объектов судебной экспертизы, получивший название «ДНК-дактилоскопия» или «геномная дактилоскопия» по аналогии с классической дактилоскопией. В опубликованной Джеффрисом в журнале Nature статье «Индивидуально-специфичные “отпечатки пальцев” ДНК человека» термин «отпечатки пальцев» («фингерпринт») был употреблен иносказательно и к традиционной дактилоскопии, конечно же, никакого отношения не имеет. Несмотря на это, термин «ДНК-дактилоскопия» стал нарицательным для современных методов генетического анализа, проводимых в целях криминалистической идентификации личности, и очень часто используется в различных научных трудах, посвященных вопросам молекулярно-генетических исследований биологических веществ по уголовным делам.
В настоящее время ДНК-анализ является наиболее эффективным и современным методом исследования следов биологического происхождения, который используется в экспертных подразделениях для установления происхождения биологического следа от конкретного лица, определения родства, половой принадлежности биологического материала и идентификации неопознанных трупов.
Методы ДНК-анализа позволяют провести идентификацию человека со 100%-й вероятностью при сравнении данных ДНК, полученных из следов биологического происхождения, изъятых с мест происшествий, и данных ДНК образцов крови или иного биологического материала, представленных для сравнения.
Современное лабораторное оборудование и методики экспертного анализа позволяют использовать для исследования ДНК минимальное количество биологического вещества. В следственной практике стало возможным изучать микроследы биологического происхождения и объекты с сильно разрушенной ДНК, такие как обгоревшие костные фрагменты, единичные волосы, следы потожировых выделений, перхоть, микроследы спермы, слюны и крови. Кроме того, производство идентификационных экспертиз биологических объектов проводится в короткие сроки и с высокой точностью, что особенно актуально в связи с необходимостью исследования постоянно возрастающего объема биологического материала, изымаемого с мест происшествий.
Методы ДНК-анализа, которые ведущими международными экспертами характеризуется как наиболее важный технологический прорыв со времен изобретения традиционной дактилоскопии, уже давно доказали перспективность их использования при расследовании преступлений.
Глава 1.
ИСТОРИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДНК-ИДЕНТИФИКАЦИИ
§ 1. Наследственность: от теории Менделя до евгеники и генетики
Человечество с незапамятных времен обращало внимание на то, что близкие родственники очень часто похожи друг на друга. Это сходство проявляется в основном во внешнем облике человека (рост, телосложение, черты лица, цвет волос и пр.). Некоторые внутренние черты (например, характер, поведение) родители иногда также видели в своих детях.
Наши предки, скорее всего, догадывались о наследственных механизмах передачи генетической информации от поколения к поколению, однако на протяжении многих веков объяснить природу этого явления никому не удавалось.
Явление наследственного сходства родителей и их потомства у людей, животных и растений привлекало внимание многих философов и врачей, которые пытались предложить для объяснения этого явления различные гипотезы. Первая из таких попыток принадлежит древнегреческому философу Гиппократу, полагавшему, что экстракты из организма собираются в мужских и женских зародышевых элементах, после чего служат причиной, определяющей особенности развития зародыша.
Демокрит также придерживался материалистических воззрений на явление наследственности и считал, что мужской и женский пол равноправны в наследственности, благодаря материальным частицам, передаваемым как отцом, так и матерью.
Идеалистическую идею в проблеме наследственности высказывал Аристотель, считавший, что наследственность, определяющая развитие организма, представляет собой нематериальное начало, которое он назвал энтелехией. По Аристотелю, материю для развития организма в виде пассивного начала дает мать. Энтелехия в виде духа, активного, нематериального начала, вносится со стороны отца.
До XIX века слова «наследственность» и «наследование» использовались практически исключительно в социальной сфере. С середины XIX столетия изучение явлений наследственности приобрело научный характер. Именно в это время французский врач и ученый Проспер Люк пишет свой труд «О естественной наследственности» (1847–1850 гг.), в котором содержится обширный фактический материал о наследовании различных особенностей у человека. На основании своих исследований он устанавливает три типа наследственности: избирательную, когда признаки получаются от одного родителя; смешанную, когда происходит смешение родительских свойств, и комбинативную, связанную с появлением новых признаков. Несколько позже, в 1886 году, Эрнст Геккель предложил иную классификацию явлений наследственности, проведя в ней впервые ясное различие между наследованием прирожденных и наследованием приобретенных свойств под именем закона консервативной и закона прогрессивной наследственности.
Чарльз Дарвин, один из основоположников эволюционной теории, также интересовался вопросами наследственности. Он был приверженцем популярной идеи, что черты отдельной особи есть результат смешения, что-то вроде среднего значения признаков ее родителей.
Однако точку отчета современной генетики многие ученые связывают с исследованиями, проведенными монахом-августинцем, чешско-австрийским биологом Грегором Иоганном Менделем.
В Университете Оломоуца и в институте в г. Брно, куда молодой монах ходил на занятия, Мендель встретил ученых, интересовавшихся наследственностью1.
Будучи в Вене, Мендель заинтересовался процессом гибридизации растений и, в частности, разными типами гибридных потомков и их статистическими соотношениями.
Он начал ставить эксперименты на мышах и пчелах, однако в итоге остановился на горохе, так как последний имеет ряд преимуществ: быстро растет, не занимает много места, способен к самоопылению и опылению вручную (с помощью кисточки). Вдобавок ко всему, большинство признаков гороха, которые выбрал для сравнения Мендель, передаются по отдельности (позже ученые выяснили, что гены, расположенные в ДНК недалеко друг от друга, часто наследуются в связке).
В начале исследований Мендель создал условия для самоопыления растений, во время которого у каждого поколения горошка проявлялись одни и те же признаки: высота и цвет кустов, форма стручков и горошин и др. Следующим этапов его изысканий стало скрещивание непохожих по данным признакам кустов. Если бы была верна гипотеза о том, что в потомках смешиваются черты родителей, то полученные гибриды высокого и низкого гороха должны были быть среднего размера, а гибрид зеленого и желтого имел бы промежуточный цвет. Однако во втором поколении горох напоминал только одного родителя.
Тогда Мендель стал скрещивать получившиеся гибриды — и потерявшиеся во втором поколении черты вернулись. Например, у исходных кустов с гладкими горошинами и кустов с морщинистыми получилось исключительно «гладкое» потомство, но примерно четверть «внуков» оказалась морщинистой. Именно это и натолкнуло Менделя на мысль, что каждый признак определяют два «фактора» — отцовский и материнский.
У исходных «чистых» кустов с гладкими (Г) и морщинистыми (М) горошинами факторы совпадали: ГГ и ММ. Во втором поколении получились только гибриды ГМ, а в третьем были растения четырех типов: ГГ, ММ, МГ и ГМ. Поскольку комбинации складывались с одинаковой вероятностью, а две последние, по сути, были одинаковыми, то половина «внуков» оказалась гибридами ГМ, четверть — ГГ, а еще четверть — ММ. Мендель заключил, что морщинистым был только горошек ММ, а в кустах ГМ фактор гладкости (доминантный) побеждал фактор морщинистости (рецессивный), так как во втором поколении гладкими были все растения, а в третьем — только три четверти2.
Мендель записывал и анализировал данные, вырастив почти 30 тыс. кустов гороха. Вместе с подготовительным этапом и итоговыми вычислениями у него и его помощников ушло на это целых девять лет. Закономерность была налицо: доминантные признаки проявлялись в три раза чаще рецессивных. Погрешность была настолько мала, что в XX веке Менделя заподозрили в подтасовке результатов. Но, так или иначе, гипотеза, объясняющая эти результаты, оказалась верной.
В 1865 году Мендель выступил с докладом в Обществе естественной истории в г. Брно, но коллег его идеи не впечатлили, потому что противоречили популярной гипотезе о смешивании признаков и опирались на математические вычисления, а в биологии это было не принято. Вскоре Мендель по результатам своих работ опубликовал статью, однако многие увидели в ней отчет об исследовании гибридов, а не труд о наследственности.
Мендель своими опытами доказал, что гипотеза Чарльза Дарвина неверна, так как черты определяются двумя факторами: отцовским и материнским, но в особи проявляется только один, доминантный, а второй, рецессивный, скрыт. Позднее ученые стали называть эти факторы «генами».
В дальнейшем открытие Менделя было подтверждено опытами других ученых, которые стали пристально изучать внутриклеточные структуры. Такая возможность появилась благодаря постоянному совершенствованию оптики микроскопов, а также открытию швейцарским врачом Иоганном Фридрихом Мишером дезоксирибонуклеиновой кислоты3. Именно тогда возник термин «хромосома», которым ученые стали именовать продолговатые нитевидные тельца в ядре клетки. Таким образом, только в 1902 году удалось найти связь между хромосомами и теорией Менделя.
Важный вклад в признание мировой биологической наукой учения Менделя о наследственности внес ученый из Великобритании Уильям Бэтсон, издавший в 1902 году книгу «Менделевские принципы наследственности».
В 1906 году Бэтсон первым предложил термин «генетика» для обозначения учения о наследственности как отдаленного направления биологической науки.
Идею Менделя о существовании в организме гипотетических наследственных факторов, обеспечивающих независимую передачу каждого отдельного наследственного признака, поддержал и ученый из Дании Вильгельм Людвиг Иогансен. В 1909 году для обозначения этих факторов им был предложен термин «ген», а совокупность генов всего организма Иогансен обозначил термином «генотип».
Изучению хромосом посвятил свои научные исследования Уолтер Саттон, который понимал, что последние во многом напоминают таинственные «менделевские факторы». Исследуя хромосомы кузнечиков, Саттон заметил, что эти маленькие тельца (хромосомы), как правило, встречаются попарно — точно так же, как парные факторы Менделя. При этом ученый установил существование других клеток, в которых хромосомы были непарными, — гамет, то есть половых клеток. В сперматозоидах кузнечика был выявлен одиночный, а не двойной набор хромосом. Именно это описывал в своих опытах с горохом Мендель: в спермиях гороха также содержалось только по одной копии каждого из наследственных факторов. Стало очевидно, что «факторы» Менделя, ныне именуемые «генами», располагаются в хромосомах4.
Другой ученый из Колумбийского университета — Томас Хант Морган, исследуя хромосомы, не мог понять, как с их помощью можно объяснить изменения, передаваемые от предков потомству. Он рассуждал так: «если все гены расположены в хромосомах, а хромосомы передаются из поколения в поколение целыми и невредимыми, значит, большинство признаков должны наследоваться вместе». Однако на практике эти данные не подтверждались. Тогда Морган начал проводить исследования мушек-дрозофил (Drosophila melanogaster).
Задача, которую он поставил перед собой, — найти среди дрозофил «мутантов», то есть таких мушек, которые выделялись бы в популяции. Вскоре такие мутанты были найдены — дрозофила с белыми, а не с красными (как у большинства мушек) глазами. Морган также заметил, что белоглазые дрозофилы в большинстве своем являются самцами. К тому времени уже было известно, что пол плодовой мушки определяется на уровне хромосом: самка имеет две X-хромосомы, а самец — одну X-хромосому и одну Y-хромосому.
Исходя из полученных данных, белоглазость дрозофил оказалась вполне объяснима: ген, отвечающий за цвет глаз, находится в X-хромосоме, а мутация, дающая белый цвет глаз (W), является рецессивной. Поскольку у самцов всего одна X-хромосома, у них автоматически экспрессируются только рецессивные гены, при этом доминантные гены, способные подавить рецессивные, у самцов отсутствуют. Белоглазые самки встречаются сравнительно редко, а поскольку у самок всего одна копия гена W, то, как правило, глаза самок приобретают доминантный красный цвет. Соотнеся ген, отвечающий за красный цвет глаз, с X-хромосомой, Морган фактически доказал теорию Саттона5.
Результаты научных исследований Моргана помогли разгадать и другие секреты генетики. Изучая гены, расположенные в одной и той же хромосоме, Морган обнаружил, что хромосомы делятся на части и заново формируются при образовании сперматозоидов и яйцеклеток6.
Морган разработал метод составления генетических карт хромосом, который позволял отследить передачу генов и связанных с ними наследственных факторов из поколения в поколение. В 1933 году за открытие хромосомной теории наследственности Томас Морган был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Пока на протяжении XVIII и XIX веков ученые пытались разобраться в особенностях реализации наследственных механизмов, в обществе сформировалась некая социальная озабоченность по поводу наследственного здоровья человека и путей его улучшения, а также методах влияния на наследственные качества будущих поколений с целью их совершенствования.
После публикации книги Ч. Дарвина «О происхождении видов» в 1859 году, стремление к улучшению самой природы человека приняло в обществе весьма серьезный оборот.
Френсис Гальтон — английский исследователь, географ, антрополог, психолог и статистик, будучи двоюродным братом и другом Чарльза Дарвина, обращал особое внимание на его научные труды.
Ученым-криминалистам Френсис Гальтон больше известен как один из основателей учения о дактилоскопии. В свое время, проанализировав большое количество отпечатков пальцев, полученных от добровольцев, он математически обосновал практическую невозможность совпадения отпечатков пальцев у людей. В своей книге «Отпечатки пальцев», опубликованной в 1892 году, Ф. Гальтон изложил научное обоснование использования отпечатков пальцев в криминалистике.
В книге Ч. Дарвина «О происхождении видов» Гальтона заинтересовала глава «Изменчивость у одомашненных животных». Вдохновленный этим научным трудом, он приступил к тщательному статистическому исследованию изменчивости и наследственности у людей. Результаты своей работы ученый изложил в книге «Наследственный гений». В ней он сделал вывод, что у человека выдающегося гораздо больше шансов иметь выдающегося сына, чем у человека рядового.
В 1883 году в своей книге «Исследование человеческих способностей и их развития» Ф. Гальтон ввел новый термин «евгеника» (что буквально означает «наука о рождении блага») для описания применения основного принципа сельскохозяйственного размножения для человека, а позднее определил евгенику как «науку, занимающуюся всеми факторами, улучшающими врожденные качества расы».
Основываясь на результатах своих научных изысканий и расчетов, ученый выдвинул предположение о возможности «оптимизировать» человеческую популяцию, расширяя репродуктивный потенциал одаренных личностей и ограничивая возможности для размножения менее одаренных представителей общества. Свои исследования по диагностике различий в психических качествах людей Ф. Гальтон использовал для обоснования идеи о необходимости отбора наиболее приспособленных членов общества. Он утверждал, что человеческий род можно улучшить таким же путем, каким выводится новая порода животных, за счет соответствующих браков в течение нескольких поколений7.
Со временем последователи Ф. Гальтона стали называть евгенику «самонаправленной эволюцией человека»: они считали, что при сознательном выборе, кому можно иметь детей, существует возможность остановить «евгенический кризис», родившийся в викторианском воображении под впечатлением от чрезмерной плодовитости непривилегированных слоев населения и того, что семьи представителей «благородных» классов обычно невелики. Эта идея была антигуманной, хотя сам Ф. Гальтон видел ее совсем не как социальную, но как важную медицинскую и психологическую проблему учета наследственных факторов в развитии человека8.
Последователи его идей, как и он сам, различали негативную и позитивную евгенику. Целью «позитивной евгеники» было содействие воспроизводству людей с признаками, которые рассматриваются как ценные для общества (отсутствие наследственных заболеваний, хорошее физическое развитие и высокий интеллект).
«Негативная евгеника», являясь более радикальной, была нацелена на прекращение воспроизводства лиц, имеющих наследственные дефекты, в том числе наследственные заболевания.
Гальтон был приверженцем «позитивной евгеники», которая рекомендовала генетически благополучным людям иметь детей. Американское евгеническое движение было сфокусировано на «негативной евгенике» и стремилось помешать размножению людей, которые считались генетически неполноценными. В этот период в США, благодаря деятельности тюремного врача из штата Индиана Гарри Шарпа, стали считать стерилизацию превосходным решением «евгенического кризиса».
Вслед за США, стерилизацию стали практиковать в Европе — не только в нацистской Германии, но и в Швейцарии, а также в скандинавских странах.
В России в начале XX века также появились приверженцы идей евгеники. 15 октября 1920 года в Москве при Институте экспериментальной биологии академиком Н. К. Кольцовым было образовано «Русское евгеническое общество», существовавшее до 1929 года. Работа Общества заключалась в изучении фенотипов и генотипов человека, в сборе информации по вопросу о значении биологических факторов в истории, материала по русским семейным хроникам. Члены Русского евгенического общества занимались проблемами положительной евгеники и отвергали евгенику отрицательную.
Евгеника, ставшая весьма популярной в первые десятилетия XX века, впоследствии стала ассоциироваться с нацистской Германией, отчего ее репутация значительно пострадала.
Идеи последователей негативной евгеники были взяты на вооружение приверженцами национал-социализма в Германии. Теория расовой гигиены, нацеленная на «улучшение здоровья нации», была фактическим синонимом евгеники. Ее внедрение привело к массовому уничтожению людей под предлогом «расовой неполноценности» в результате их разделения на «низших» и «высших». Некоторые практики расовой гигиены были тесно связаны с евгеникой: принудительной стерилизации подвергались различные «неполноценные лица»: цыгане, евреи, гомосексуалисты, люди с отклонениями в умственном развитии, душевнобольные и т. д. Впоследствии руководством нацистской Германии было принято решение о большей целесообразности их физического уничтожения.
Нацистские евгенические замыслы сначала проводились в рамках государственной программы «предотвращения вырождения немецкого народа как представителя арийской расы», а впоследствии — и на захваченных территориях других стран в рамках нацистской «расовой политики» вплоть до 1945 года.
В послевоенный период евгеника стала рассматриваться в академических кругах как теоретическая основа преступлений нацизма, таких как практика расовой гигиены, эксперименты нацистов над людьми и уничтожение «нежелательных» социальных групп.
В последующие годы, когда появились новые, более эффективные методы изучения биохимических молекул в связи с быстрым развитием генетики вообще и геномики в частности, евгеника как самостоятельная наука утратила свой смысл и была предана забвению.
§ 2. История открытия и исследования молекулы ДНК
Во второй половине XX века главным направлением развития генетики стали фундаментальные исследования по поиску наследственных факторов на уровне биологических молекул. Началом этого этапа явилось формирование научных представлений о роли дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) как носителя наследственной информации.
Современным методам ДНК-анализа предшествовала целая цепь научных открытий, история которой берет свое начало с середины XIX в., когда Людвиг Тейхман-Ставларски впервые открыл доказательный метод установления наличия крови в следах с помощью химической реакции (раствора поваренной соли и ледяной уксусной кислоты), а в конце XIX в. немецкие ученые Густав Роберт Кирхгоф и Роберт Вильгельм Бунзен разработали надежный метод установления наличия крови с помощью спектроскопии. В то время сам факт установления следов крови на одежде подозреваемого рассматривался как доказательство его вины в совершении преступления. Впоследствии ученые Флоренс и Фрикон систематизировали виды следов крови в зависимости от механизма их образования, что в совокупности с методом установления наличия крови в этих следах придавало исследованиям большую доказательственную силу. Однако со временем сторона защиты сочла эти факты недостаточными, и судебная медицина стала искать другие способы исследования следов крови.
Очень важно было решить вопрос о происхождении крови (от человека или животного). Первые опыты проводились на жидкой крови, видовую принадлежность которой устанавливали по наличию, размеру и форме ядер в клетках. Однако эти методы не были пригодны для исследования следов крови. Решить проблему удалось только в 1899 г., когда русский исследователь-патологоанатом Ф. Я. Чистович открыл реакцию преципитации (образование твердого осадка в растворе в процессе химической реакции), а немецкий бактериолог П. Уленгут использовал это открытие для установления видовой принадлежности крови. Этот метод начал широко применяться и стал неотъемлемой частью любого исследования при проведении экспертиз следов крови, но и его со временем оказалось недостаточно для доказывания факта принадлежности следов конкретному лицу. Как утверждали адвокаты: «Если доказано, что следы крови произошли от человека, то чем эта кровь отличается от крови миллионов других людей, каждый из которых мог оставить эти следы»9.
В 1900 году австрийский врач-иммунолог Карл Ландштейнер, работавший в Патолого-анатомическом институте Венского университета, обнаружил, что эритроциты в сыворотке крови могут слипаться (агглютинировать) при смешивании в пробирках с сыворотками других людей. Это было первым доказательством того, что у людей существует вариация крови. В следующем году он сделал однозначное наблюдение, что эритроциты человека агглютинируют только с сыворотками определенных людей. На основании этого он классифицировал кровь человека на три группы, названные им «система АВ0». Позже, в 1907 году, чешский врач Ян Янский открыл четвертую группу крови.
Эти открытия позволили внедрить в практику методики установления групповой принадлежности крови в следах на вещественных доказательствах, а экспертам дали возможность делать вывод о происхождении пятен крови от конкретного лица.
Однако совпадение группы крови имело значение только в совокупности всех доказательств. К тому же стало очевидным, что в большинстве случаев система АВ0 не дает возможности исключить (или подтвердить) происхождение следов от конкретного человека, поэтому ученые продолжили поиски других систем групп крови. Так, в 1927 г. в эритроцитах человека были открыты антигены М и N, а позднее в данной системе MN — антигены S и s.
История развития судебно-биологической экспертизы шла по пути «открытия» новых систем, установление которых в биологическом следе и решает вопрос его происхождения от конкретного человека. Однако не все системы имеют равноценное прикладное значение, что зависит от количества признаков, входящих в каждую из них, и распределения этих признаков в различных популяциях. Чем больше систем исследуется в следе, тем с большей долей вероятности можно установить его происхождение, но слишком малые размеры следа и его состояние не позволяют этого сделать.
Революционным достижением, которое принципиально по-новому позволило подойти к проблеме идентификации по биологическому следу, стало применение методов анализа ДНК, позволяющих исследовать непосредственно молекулу ДНК, кодирующую все биологические признаки человека10.
В научной литературе, посвященной изучению ДНК, чаще всего можно встретить имена Джеймса Уотсона и Френсиса Крика как ученых, создавших в 1953 г. модель структуры молекулы ДНК. Однако сама молекула была открыта намного раньше и не этими исследователями. Имя же первооткрывателя упоминается далеко не в каждом учебнике, справочнике или энциклопедии.
Первенство открытия дезоксирибонуклеиновой кислоты приписывается молодому швейцарскому врачу Иоганну Фридриху Мишеру. В 1869 г., работая в Германии, он занимался изучением химического состава клеток животных. В качестве объекта своих исследований он выбрал клетки лейкоцитов. Лейкоциты ученый выделял из гнойного материала, так как именно в гное очень много этих белых кровяных телец, выполняющих защитную функцию в организме и уничтожающих микробы. Из местной хирургической больницы ему поставляли повязки, снятые со свежих гнойных ран. Мишер отмывал лейкоциты из ткани бинтов, а затем выделял из отмытых клеток молекулы белков. В процессе исследований ему удалось установить, что кроме белка в лейкоцитах содержится еще какое-то неизученное вещество. Оно выделялось в виде осадка нитевидной или хлопьеобразной структуры при создании кислой среды. При подщелачивании раствора осадок растворялся. Исследуя препарат лейкоцитов под микроскопом, Мишер обнаружил, что в процессе отмывания лейкоцитов разбавленной соляной кислотой от них остаются одни ядра. На основании этого он сделал заключение о том, что в ядрах клеток содержится неизвестное вещество, которое он назвал нуклеином, от латинского слова nucleus, что в переводе означает «ядро».
При более подробном изучении Мишер разработал целую систему выделения и очистки нуклеинов. Выделенное соединение он подверг обработке эфиром и другими органическими растворителями и убедился, что это не жировое соединение, так как оно не растворялось в этих веществах. Не имели нуклеины и белковой природы, так как при обработке ферментами, разлагающими белки, они не претерпевали никаких изменений.
Химический анализ в те времена был несовершенен, неточен и трудоемок. Медленно, но верно ученый провел его и определил, что нуклеин состоит из углерода, водорода, кислорода и фосфора. Фосфорные органические соединения тогда еще были практически не известны, поэтому Мишер сделал заключение, что открыл неизвестный науке класс соединений, содержащихся внутри клетки.
Статью о своем новом открытии он хотел разместить в журнале «Медико-химические исследования», который выпускался его учителем, одним из основателей биохимии Феликсом Хоппе-Зейлером. Но прежде чем печатать материал, учитель решил проверить его данные в своей лаборатории. На это исследование ушел целый год, и только в 1871 г. в одном из номеров журнала работа Мишера была опубликована. Она сопровождалась двумя статьями самого Хоппе-Зейлера и его сподвижника с подтверждением данных о составе и свойствах нуклеинов.
После возвращения в Швейцарию Мишер принял предложение занять место заведующего кафедрой физиологии в Базельском университете. Там он продолжил свои исследования. На новом месте ученый использовал для опытов более приятный и не менее богатый нуклеином материал — молоки лососевых рыб (они до сих пор используются для этих же целей). На берегу богатого лососем Рейна, протекающего через Базель, у него не было недостатка в исследуемом материале.
В 1874 г. Мишер опубликовал статью, в которой утверждал, что нуклеины, обнаруженные им в молоках лососевых рыб, явно связаны с процессом оплодотворения. При этом он никак не связал их с наследственностью. Ученому открытое им соединение показалось таким простым, поэтому он никак не мог предположить, что именно в нем может храниться все разнообразие наследственных признаков живых организмов. Существующие в те времена методы биохимического анализа еще не позволяли обнаружить существенных отличий нуклеинов человека от нуклеинов лосося, тем более распознать столь сложную структуру, которая и до сих пор полностью не распознана.
В конце XIX — начале XX вв., благодаря работам американского биолога Э. Кесселя, немецкого химика Э. Фишера и др., было установлено, что молекулы ДНК представляют собой линейные полимерные цепи, состоящие из многих тысяч соединенных друг с другом мономеров — дезоксирибонуклеотидов четырех типов. Эти нуклеотиды образованы остатками пятиуглеродного сахара дезоксирибозы, фосфорной кислоты и одним из четырех азотистых оснований: пуринов (аденина и гуанина) и пиримидинов (цитозина и тимина). Для обозначения оснований ученые стали использовать начальные буквы их названий на английском или русском (в русскоязычной научной литературе) языке: соответственно A, G (Г), С (Ц) и Т.
Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче наследственной информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию. Кроме этого, предполагалось, что ДНК содержится только в клетках животных, пока в 1930-х гг. российским биохимиком А. Н. Белозерским не было доказано, что ДНК является обязательным компонентом всех живых клеток.
Первые доказательства генетической роли ДНК (как вещества наследственности) были получены в 1944 г. группой американских ученых (О. Эйвери и др.), которые в опытах на бактериях однозначно установили, что с ее помощью наследуемый признак может быть перенесен от одной клетки к другой.
К середине XX в. работами английских ученых (А. Тодд и др.) было окончательно выяснено строение нуклеотидов, которые служат мономерными звеньями в молекуле ДНК.
В 1950 г. американский биохимик Эрвин Чаргафф обнаружил существенные различия в нуклеотидном составе ДНК из разных источников. Кроме того, оказалось, что состав нуклеотидов в молекуле ДНК подчиняется ряду закономерностей, главные из которых — равенство суммарного количества пуриновых и пиримидиновых оснований и равенство количества аденина и тинина (А-Т) и гуанина и цитозина (Г-Ц).
В 1953 г. американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик, работая в лаборатории Мориса Уилкинса, на основании рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК и опираясь на данные Э. Чаргаффа, предложили трехмерную модель ее структуры. Согласно этой модели, молекулы ДНК представляют собой две правозакрученные вокруг общей оси полинуклеотидных цепи, или двойную спираль. На один виток спирали приходится примерно 10 нуклеотидных остатков. Эти цепи не связаны ковалентно, а соединяются водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями.
В этом же году они опубликовали статью, в которой сделали вывод о том, что вся генетическая информация организма зашифрована в молекуле ДНК в виде биологического кода, представляющего уникальную последовательность, состоящую из бесконечной комбинации всего четырех унифицированных звеньев — нуклеотидов.
В 1962 году Дж. Уотсон и Ф. Крик получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах».
Таким образом, с момента открытия молекулы ДНК до установления ее истинного предназначения в развитии и функционировании живых организмов (хранение, передача из поколения в поколение и реализация генетической программы) прошло более 80 лет.
Рис. 1.11 Дж. Уотсон и Ф. Крик и их трехмерная модель ДНК12
Итогом изучения наследственных факторов на уровне биологических молекул стало формулирование Ф. Криком центральной догмы молекулярной биологии, представляющей универсальный механизм развития всех биологических видов.
В общем виде механизм передачи генетической информации идет от ДНК к белку и имеет три звена:
1) передача информации между двумя молекулами ДНК (процесс репликации);
2) передача информации от молекулы ДНК к молекуле РНК (процесс транскрипции);
3) передача информации от молекулы РНК к белку (процесс трансляции).
В результате дальнейшего развития генетики этот механизм был дополнен вариантами передачи генетической информации от молекулы РНК к молекуле ДНК (обратная транскрипция) и от молекулы РНК к молекуле РНК (репликация РНК).
К середине XX века ученые окончательно пришли к выводу, что материальным носителем генетической информации всех живых организмов является молекула ДНК, которая представляет генетический код, записанный в виде последовательности нуклеотидов. Именно молекула ДНК определяет два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость.
Достижения фундаментальной генетики стали основой для дальнейших научных исследований (как фундаментальных, так и прикладных), а также разработки генетических технологий и попыток их практического применения.
Рис. 2. Рентгенограмма, на которой запечатлен первый генетический «отпечаток пальца», подготовленный А. Джеффрисом в Лестерском университете (сентябрь 1984 г.)13
10 сентября 1984 года британский генетик Алек Джеффрис в процессе изучения в лаборатории Университета г. Лестера одного из новых методов отслеживания генетических отклонений в хромосомной ДНК рассматр
...
