Елена Клещенко - ДНК и её человек [litres]

Благодаря высокопроизводительному секвенированию мы получаем гораздо больше информации о вирусах. Если представить данные об их геномах графически – там, где раньше мы видели точку (один геном), теперь видим разветвленное дерево – популяцию вирусов, или квазивид. Такое “дерево” может произрастать и в организме одного человека, что осложняет расследование. Наркозависимый медработник, который использует шприцы пациентов, – сравнительно простой случай, труднее реконструировать распространение инфекции в сообществе наркоманов. Но даже в простом случае, если геномы вирусов в организме одного человека не идентичны и другому человеку передается вирус из минорного кластера, весьма вероятно, что он не будет обнаружен у донора, потому что не попадет в анализ, – и восстановить путь передачи с помощью одних геномных данных не удастся. Павел Скумс рассказал о том, как можно комбинировать эти данные с эпидемиологическими, и как алгоритмы филогенетического анализа вирусов дополняет представление о сети взаимодействующих друг с другом индивидов. У такой сети есть определенные математические свойства, вирус не передается от любого человека любому другому с одинаковой вероятностью, и это можно учитывать [154] Skums P. et al. QUENTIN: reconstruction of disease transmissions from viral quasispecies genomic data // Bioinformatics. 1 Jan 2018; 34, 1: 163–170; doi: 10.1093/bioinformatics/btx402. .

Впрочем, что это мы все о страшных патогенах? В последнее время активно изучаются микробиомы человека – сообщества в целом безвредных или даже полезных микроорганизмов, обитающих на коже человека, в его кишечнике, во рту и т. п. Множество научных групп по всему миру исследуют роль кишечного микробиома в похудении и ожирении, в пищевых привычках человека (это не мы сами хотим шоколадный торт в 11 вечера, это они посылают нам в кровь порабощающие волю сигналы!) и даже в развитии психических заболеваний. Что существенно для микробиома человека – он обладает ярко выраженной индивидуальностью, хоть и изменчив во времени. И, кроме шуток, специалисты уже придумывают, как бы приспособить микробиомику к задачам криминалистики [155] Hampton‐Marcell J. T., Lopez J. V., Gilbert J. A. The human microbiome: an emerging tool in forensics // Microb Biotechnol . 2017; 10 (2): 228–230; doi: 10.1111/1751–7915.12699. . Микробиомы отличаются даже у идентичных близнецов, и, возможно, микробиологический профиль, снятый с мобильного телефона или орудия убийства, займет свое место рядом с другими уликами, не заменив их, но дополнив.

А теперь давайте вернемся к ДНК людей – простых, незамысловатых существ, которые передают гены только детям и мутируют с более-менее постоянной скоростью. Родство и происхождение по генетическим данным – это хорошо. Но что еще мы сможем узнать, когда полногеномное секвенирование станет совсем доступным? Когда, наконец, мы сумеем запустить программу, заложенную в геноме, и получить портрет человека? А некоторые говорят, что можно и не только портрет, а и пищевые привычки, и особенности темперамента, и возраст…

Для начала не будем заглядывать так далеко. Есть вещи относительно несложные и в то же время способные сузить круг подозреваемых: цвет кожи, волос, глаз.

Когда в фантастических фильмах мы с помощью специального приспособления просматриваем мысли героя и видим высококачественное кино – это светлая мечта. То, что на самом деле сохраняет память большинства людей, – порядочная чушь, похожая на сон комбинация фрагментов реальности с неверными истолкованиями увиденного и наложенными вырезками из других эпизодов. И никто так хорошо не осведомлен о несовершенстве человеческой памяти, как следователи.

Жертвами серийного убийцы в штате Луизиана стали по меньшей мере пять женщин (в итоге арестованному предъявили обвинение в убийстве семи). Была одна выжившая – преступника спугнул ее сын; с ее слов изобразили портрет подозреваемого. Предполагалось, что он белый, этому соответствовали и детали преступлений – например, то, что большинство жертв было белыми. Почти у 1000 подозреваемых взяли ДНК (действие происходило в конце 1990-х – начале 2000-х), но совпадений не нашли. В марте 2003 г. полиции предложили помощь сотрудники флоридской компании DNAPrint Genomics (ныне несуществующей). Руководитель компании Тони Фрудакис сказал, что мог бы использовать свой метод и составить описание преступника по его генетическим характеристикам.

Митохондриальная ДНК и Y-хромосома – это замечательно, однако их главное достоинство – их же слабость. Поскольку они передаются неизменными из поколения в поколение, они дают информацию только о двух линиях предков – чисто женской и чисто мужской. У каждого человека есть четыре прабабушки и четыре прадедушки, но Y-хромосома характеризует только одного прадеда – отца папиного папы, мтДНК, соответственно, одну прабабку, а об остальных шести предках мы не узнаем ничего. Чтобы исправить это, стали искать подходящие аутосомные маркеры, то есть маркеры в неполовых хромосомах, характерные для той или иной этнической группы. Их называют генеалогически информативными маркерами (ancestry informative markers, AIM), а также этнически-дифференцированными маркерами или популяционно-специфическими аллелями.

Зная, какие аллели для какой этнической группы характерны, и зная состояние аллелей у конкретного человека, можно предположить, кем были его предки, какую долю среди них составляли европейцы, какую африканцы и т. п. Метод разработали Тони Фрудакис и Марк Шрайвер из университета штата Пенсильвания. А чтобы добавить ему прикладной значимости, сразу протестировали по 34 AIM значительное количество людей из различных регионов – афроамериканцев, выходцев с Карибов – и для каждого участника определили цвет кожи строгим антропометрическим методом [156] Shriver M. D. et al. Skin pigmentation, biogeographical ancestry and admixture mapping // Hum Genet. 2003; 112 (4): 387–399; doi: 10.1007/s00439–002–0896-y. . Оказалось, что вычисленные по AIM вклады различных рас с оттенком кожи неплохо коррелируют. (Цвет кожи сам по себе сложный признак, за него отвечает множество генов, продукты которых по-разному участвуют в синтезе пигментов.) Тогда же они попытались оценить и вклад конкретных генов в различия пигментации, то есть перейти от статистики к конкретным биологическим механизмам, к связи между ДНК и белками клеток кожи. Для коммерциализации данного метода и была создана DNAPrint Genomics.

Следователи, безуспешно искавшие луизианского убийцу, решили, что хуже не будет, и предоставили компании доступ к его ДНК. Генетики посмотрели маркеры и сказали: вашим свидетелям, конечно, виднее, но, по нашим данным, парень не очень-то похож на белого. У него должно быть 85 % африканских предков, а остальное – не европейцы, а коренные американцы, в смысле индейцы!