Analýza STR je vysoko presná metóda identifikácie jednotlivcov a je široko používaná pri vyšetrovaní trestných činov. V tomto blogovom príspevku vám vysvetlíme, ako to funguje a prečo je to také spoľahlivé.
Od objavu štruktúry dvojitej špirály DNA Watsona a Cricka v roku 1953 biotechnológia pokročila pozoruhodným tempom. Nasledoval objav reštrikčných enzýmov, dekódovanie genetického kódu a vývoj techniky nazývanej „DNA fingerprinting“. V poslednej dobe sa odtlačky prstov DNA použili na identifikáciu tela Yoo Byung-una a pomohli chytiť zločincov pri mnohých zločinoch, ale čo je to odtlačok DNA a ako môže identifikovať jednotlivca?
Vývoj DNA fingerprintingu predstavuje ďalší revolučný pokrok v biotechnológii. Táto technológia sa neobmedzuje len na biologický výskum, ale možno ju použiť v rôznych oblastiach vrátane forenznej, osobnej identifikácie a diagnostiky chorôb. Vo forenznej vede sa odtlačky prstov DNA používajú ako presvedčivý dôkaz a zohrávajú dôležitú úlohu pri riešení zločinov.
Koncept DNA fingerprintingu je založený na skutočnosti, že tak ako sa odtlačky prstov líšia od jednej osoby k druhej, aj DNA sa líši od jednej osoby k druhej. DNA je štruktúra dvoch komplementárnych reťazcov, nazývaných nukleotidy, ktoré sú základnými stavebnými kameňmi DNA. Existujú štyri typy nukleotidov v závislosti od báz, ktoré ich obsahujú. Báza je kruh dusíka a je to miesto, kde prebiehajú komplementárne väzby uvedené vyššie.
Podobne ako odtlačky prstov, aj odtlačky prstov DNA obsahujú genetickú informáciu, ktorá je jedinečná pre každého jednotlivca a pomocou analýzy rozdielov je možné presne identifikovať konkrétnu osobu. Dá sa to využiť na rôzne účely vrátane identifikácie nezvestných osôb, testovania otcovstva a diagnostiky genetických chorôb a v posledných rokoch sa táto technológia stala sofistikovanejšou a spoľahlivejšou.
Na analýzu týchto odtlačkov DNA boli navrhnuté polymorfizmy dĺžky reštrikčných fragmentov (RFLP). V priemere sa DNA dvoch rôznych ľudí líši o jeden rozdiel na 1,000 nukleotidov a tieto rozdiely sa nazývajú lokusy. RFLP sú spôsob, ako identifikovať jednotlivcov porovnaním viacerých lokusov. Nie je však praktické porovnávať tieto dlhé nukleotidové reťazce jeden po druhom, preto sa používa nepriama metóda. Táto metóda je rozdelená do troch krokov, z ktorých prvým je prerezanie reťazca DNA pomocou reštrikčných enzýmov. Reštrikčné enzýmy rozpoznávajú špecifickú sekvenciu báz a potom prerušujú väzby v rámci sekvencie. Napríklad reštrikčný enzým EcoR I rozpoznáva sekvenciu GAATTC a ruší väzbu medzi nukleotidmi s G a A. Keďže sekvencie DNA od dvoch rôznych ľudí sa líšia, budú sa líšiť aj dĺžky fragmentov DNA reťazcov prerezaných reštrikčnými enzýmami. Druhým krokom je usporiadanie týchto fragmentov, čo sa robí aplikáciou konštantného napätia na gél, kým sú fragmenty DNA v géli. Pretože DNA je negatívne nabitá, je elektrostaticky priťahovaná, aby sa pohybovala od katódy k anóde, pričom stupeň pohybu závisí od hmotnosti fragmentov. Nakoniec sa rádioaktívne izotopy používajú na identifikáciu špecifických fragmentov DNA. Rádioizotopy sú chemické prvky, ktoré sú nestabilné kvôli svojej veľkej hmotnosti a uvoľňujú energiu vo forme vĺn, aby sa stabilizovali. Kúsok DNA syntetizovaný tak, aby obsahoval rádioaktívny izotop, sa pridá tak, aby sa komplementárne naviazal na niektoré fragmenty DNA pridané v druhom kroku. Keď sú syntetizované fragmenty DNA a kombinované fragmenty DNA vystavené röntgenovému žiareniu, rádioaktívne izotopy spôsobujú, že vykazujú farbu a jednotlivci môžu byť identifikovaní porovnaním farebných fragmentov.
Zatiaľ čo RFLP sú vysoko presné, vyžadujú si neporušené vzorky DNA s hmotnosťou 25 ng (n=10-9) alebo viac, čo sťažuje ich použitie na miestach činu. V najlepšom prípade môžete na mieste činu nájsť vlas alebo kvapku krvi, ktorá má menej ako 1 ng DNA. Okrem toho po určitom čase DNA v týchto stopách degraduje a poškodí sa, čo ju robí nepoužiteľnou pre RFLP.
Tieto obmedzenia boli jedným z hlavných problémov skorých technológií analýzy DNA, ale pokroky v technológii ich pomohli prekonať. Nové technológie umožnili produkovať spoľahlivé výsledky s menšími vzorkami.
Ako riešenie tohto problému bolo navrhnuté porovnanie STR s PCR. PCR znamená Polymerázová reťazová reakcia. Na replikáciu vzorky DNA využíva enzýmy DNA polymerázy zapojené do syntézy reťazcov DNA a z upraveného množstva DNA možno získať amplifikovanú vzorku DNA. Technológia PCR nemôže byť použitá na vzorkách pre RFLP, pretože dokáže replikovať maximálne 1,000 2,000 až XNUMX XNUMX nukleotidov. Preto v priemere bude existovať iba jeden alebo dva lokusy RFLP, čo je príliš málo na to, aby bolo možné identifikovať vinníka medzi niekoľkými podozrivými.
Ako riešenie Thomas Caskey navrhol použitie sekvencií DNA nazývaných STR na identifikáciu jednotlivcov. STR (Short Tandem Repeats) sú krátke sekvencie, ktoré sa opakujú na špecifických miestach na chromozómoch DNA. Pretože každý jedinec má iný počet opakovaní, signály z rôznych fragmentov STR možno kombinovať na identifikáciu jedinca. Pri vyšetrovaní trestných činov v reálnom svete sa používa 13 typov STR, ktoré pozostávajú zo štyroch sekvencií štandardizovaných CODIS v roku 1998. Pretože STR sú krátke reťazce, môžu byť replikované pomocou PCR. Počas procesu PCR sa do klonovanej DNA začlenia špecifické nukleotidy. Tieto špecifické nukleotidy absorbujú špecifické pásy svetla a keď na ne zažiari laser, vykazujú špecifickú farbu. Potom, ako pri RFLP, sa rôzne kúsky STR umiestnia do gélu a aplikujú sa s napätím. Detegovaním a porovnávaním rôznofarebných signálov z laserov je možné identifikovať jednotlivcov. Analýza STR je taká presná, že pravdepodobnosť, že dvaja rôzni ľudia budú mať rovnaký signál STR, je len 1 z 10^18.
Zavedenie analýzy STR spôsobilo revolúciu vo vyšetrovaní trestných činov. Nielenže zvýšila presnosť a spoľahlivosť, ale umožnila aj extrahovať zmysluplné informácie z mikroskopických dôkazov nájdených na miestach činu. To viedlo k výraznému zvýšeniu miery objasňovania trestných činov a zohralo dôležitú úlohu pri oslobodzovaní neprávom obvinených ľudí.
V tomto článku sme porovnali dve metódy DNA fingerprinting, RFLP a STR kombinované s PCR. V modernom svete, kde sa zločiny stávajú sofistikovanejšími a rozmanitejšími vo svojich metódach, je dôležité nevynechať ani tie najmenšie stopy, pretože môžu byť kľúčom k dolapeniu zločinca. Je jasné, že STR budú naďalej široko používané pri vyšetrovaní trestných činov vďaka svojej vysokej citlivosti a presnosti, dvom vlastnostiam, ktoré im umožňujú identifikovať jednotlivcov aj s malým množstvom vzoriek DNA.
Preto sa očakáva, že technológia DNA fingerprinting bude hrať ešte dôležitejšiu úlohu v budúcich trestných vyšetrovaniach. S neustálym pokrokom technológie bude analýza DNA presnejšia a spoľahlivejšia, čo prispeje k bezpečnejšiemu a spravodlivejšiemu prostrediu pre spoločnosť ako celok.
