STR analīze ir ļoti precīza personu identificēšanas metode, un to plaši izmanto kriminālizmeklēšanā. Šajā emuāra ierakstā mēs paskaidrosim, kā tas darbojas un kāpēc tas ir tik uzticams.
Kopš Vatsona un Krika DNS dubultās spirāles struktūras atklāšanas 1953. gadā biotehnoloģija ir attīstījusies ievērojamā tempā. Tam sekoja restrikcijas enzīmu atklāšana, ģenētiskā koda dekodēšana un metodes, ko sauc par DNS pirkstu nospiedumu noņemšanu, izstrāde. Nesen DNS pirkstu nospiedumi tika izmantoti, lai identificētu Yoo Byung-un ķermeni, un tie ir palīdzējuši notvert noziedzniekus daudzos noziegumos, bet kas ir DNS pirkstu nospiedumi un kā ar to var identificēt personu?
DNS pirkstu nospiedumu izstrāde ir vēl viens revolucionārs sasniegums biotehnoloģijā. Šī tehnoloģija neaprobežojas tikai ar bioloģisko izpēti, bet to var izmantot dažādās jomās, tostarp tiesu ekspertīzē, personas identifikācijā un slimību diagnostikā. Tiesu ekspertīzē DNS pirkstu nospiedumus izmanto kā pārliecinošus pierādījumus, un tiem ir svarīga loma noziegumu atklāšanā.
DNS pirkstu nospiedumu noņemšanas jēdziens ir balstīts uz faktu, ka tāpat kā pirkstu nospiedumi dažādiem cilvēkiem atšķiras, DNS atšķiras arī no vienas personas. DNS ir divu komplementāru ķēžu struktūra, ko sauc par nukleotīdiem, kas ir DNS pamatelementi. Ir četri nukleotīdu veidi atkarībā no bāzēm, kas tos satur. Bāze ir slāpekļa gredzens, un tā ir vieta, kur notiek iepriekš minētās komplementārās saites.
Tāpat kā pirkstu nospiedumi, arī DNS pirkstu nospiedumi satur ģenētisku informāciju, kas ir unikāla katram indivīdam, un, analizējot atšķirības, ir iespējams precīzi identificēt konkrētu personu. To var izmantot dažādiem mērķiem, tostarp pazudušu personu identificēšanai, paternitātes noteikšanai un ģenētisku slimību diagnosticēšanai, un pēdējos gados tehnoloģija ir kļuvusi sarežģītāka un uzticamāka.
Lai analizētu šos DNS pirkstu nospiedumus, ir ierosināti ierobežojuma fragmenta garuma polimorfismi (RFLP). Vidēji divu dažādu cilvēku DNS atšķiras ar vienu atšķirību uz 1,000 nukleotīdiem, un šīs atšķirības sauc par lokiem. RFLP ir veids, kā identificēt personas, salīdzinot vairākus lokusus. Tomēr šīs garās nukleotīdu ķēdes nav praktiski salīdzināt pa vienai, tāpēc tiek izmantota netiešā metode. Šī metode ir sadalīta trīs posmos, no kuriem pirmais ir DNS ķēdes pārgriešana, izmantojot restrikcijas enzīmus. Restrikcijas enzīmi atpazīst noteiktu bāzu secību un pēc tam pārtrauc saites secībā. Piemēram, restrikcijas enzīms EcoR I atpazīst secību GAATTC un sarauj saiti starp nukleotīdiem ar G un A. Tā kā divu dažādu cilvēku DNS sekvences atšķiras, atšķirsies arī restrikcijas enzīmu pārgriezto DNS ķēdes fragmentu garumi. Otrais solis ir šo fragmentu sakārtošana, ko veic, pieliekot gēlam pastāvīgu spriegumu, kamēr DNS fragmenti atrodas gēlā. Tā kā DNS ir negatīvi uzlādēta, tā tiek elektrostatiski piesaistīta, lai pārvietotos no katoda uz anodu, un kustības pakāpe ir atkarīga no fragmentu masas. Visbeidzot, radioaktīvos izotopus izmanto konkrētu DNS fragmentu identificēšanai. Radioizotopi ir ķīmiski elementi, kas ir nestabili to lielās masas dēļ, un tie izdala enerģiju viļņu veidā, lai stabilizētos. Tiek pievienots DNS gabals, kas sintezēts, lai saturētu radioaktīvo izotopu, lai tas komplementāri saistās ar dažiem otrajā posmā pievienotajiem DNS fragmentiem. Kad sintezētie DNS fragmenti un apvienotie DNS fragmenti tiek pakļauti rentgena stariem, radioaktīvie izotopi izraisa to krāsu, un indivīdus var identificēt, salīdzinot krāsainos fragmentus.
Lai gan RFLP ir ļoti precīzi, tiem ir nepieciešami neskarti DNS paraugi, kuru svars ir 25 ng (n=10–9) vai vairāk, tāpēc tos ir ļoti grūti izmantot nozieguma vietās. Labākajā gadījumā nozieguma vietā jūs varētu atrast matiņu vai asins pilienu, kas ir mazāks par 1 ng DNS. Turklāt pēc kāda laika šajās norādēs esošā DNS degradējas un tiek bojāta, padarot to nelietojamu RFLP.
Šie ierobežojumi bija viena no galvenajām agrīno DNS analīzes tehnoloģiju problēmām, taču tehnoloģiju attīstība ir palīdzējusi tos pārvarēt. Jaunās tehnoloģijas ir ļāvušas iegūt ticamus rezultātus ar mazākiem paraugiem.
Kā šīs problēmas risinājums ir ierosināts STR salīdzinājums ar PCR. PCR apzīmē polimerāzes ķēdes reakciju. Tas izmanto DNS polimerāzes enzīmus, kas iesaistīti DNS ķēžu sintēzē, lai replicētu DNS paraugu, un pastiprinātu DNS paraugu var iegūt no pielāgota DNS daudzuma. PCR tehnoloģiju nevar izmantot RFLP paraugos, jo tā var replicēt ne vairāk kā 1,000 līdz 2,000 nukleotīdu. Tāpēc vidēji būs tikai viens vai divi RFLP loki, kas ir pārāk maz, lai identificētu vainīgo starp vairākiem aizdomās turamajiem.
Kā risinājumu Thomas Caskey ierosināja izmantot DNS sekvences, ko sauc par STR, lai identificētu personas. STR (Short Tandem Repeats) ir īsas sekvences, kas atkārtojas noteiktās DNS hromosomu vietās. Tā kā katram indivīdam ir atšķirīgs atkārtojumu skaits, signālus no dažādiem STR fragmentiem var apvienot, lai identificētu indivīdu. Reālās pasaules kriminālizmeklēšanā tiek izmantoti 13 veidu STR, kas sastāv no četrām sekvencēm, kuras CODIS standartizēja 1998. gadā. Tā kā STR ir īsas ķēdes, tās var replicēt, izmantojot PCR. PCR procesa laikā klonētajā DNS tiek iekļauti specifiski nukleotīdi. Šie specifiskie nukleotīdi absorbē noteiktas gaismas joslas, un, kad uz tiem tiek spīdināts lāzers, tie parāda noteiktu krāsu. Pēc tam, tāpat kā ar RFLP, dažādie STR gabali tiek ievietoti želejā un uzlikti ar spriegumu. Atklājot un salīdzinot dažādu krāsu signālus no lāzeriem, var identificēt personas. STR analīze ir tik precīza, ka varbūtība, ka diviem dažādiem cilvēkiem būs vienāds STRs signāls, ir 1 no 10^18.
STR analīzes ieviešana ir mainījusi kriminālizmeklēšanu. Tas ir ne tikai palielinājis precizitāti un uzticamību, bet arī ļāvis iegūt nozīmīgu informāciju no mikroskopiskiem pierādījumiem, kas atrasti nozieguma vietās. Tas ir izraisījis ievērojamu noziegumu atrisināšanas rādītāju pieaugumu, un tam ir bijusi svarīga loma nelikumīgi apsūdzēto personu attaisnošanā.
Šajā rakstā mēs esam salīdzinājuši divas DNS pirkstu nospiedumu noņemšanas metodes, RFLP un STR apvienojumā ar PCR. Mūsdienu pasaulē, kur noziedzīgi nodarījumi kļūst arvien sarežģītāki un dažādās metodes, ir svarīgi nepalaist garām pat vismazākās pazīmes, jo tās var būt noziedznieka notveršanas atslēga. Ir skaidrs, ka STR turpinās plaši izmantot kriminālizmeklēšanā, pateicoties to augstajai jutībai un precizitātei, kas ir divas īpašības, kas ļauj tiem identificēt personas pat ar nelielu DNS paraugu daudzumu.
Tāpēc paredzams, ka DNS pirkstu nospiedumu noņemšanas tehnoloģijai būs vēl svarīgāka loma turpmākajā kriminālizmeklēšanā. Turpinot tehnoloģiju attīstību, DNS analīze kļūs precīzāka un uzticamāka, kas veicinās drošāku un taisnīgāku vidi visai sabiedrībai.
