Установление возраста по следам биологического происхождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УСТАНОВЛЕНИЕ ВОЗРАСТА ПО СЛЕДАМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Попов Всеволод Васильевич,

старший преподаватель кафедры криминалистики и оперативно-разыскной деятельности Ростовского юридического института МВД России.

В настоящей статье рассказывается о перспективных методиках установления возраста по объектам биологического происхождения. Описаны внутриклеточные процессы и их зависимость от возраста. На молекулярном, биохимическом и химико-биологическом уровне разъяснено обоснование существования каждой методики.

Ключевые слова: ДНК, митохондрия, АТФ, теломеры, антитело, иммуноглобулин, метилирование.

Popov Vsevolod Vasilievich - Senior Lecture, the Department of Criminalistics and Operational Investigative Activities, the Rostov Law Institute of Internal Affairs of Russia.

BIOLOGICAL ORIGIN OF FORENSIC EVIDENCE FOR AGE DETERMINATION

This article discusses promising age determination methods for objects of the biological origin. Intracellular processes and their dependence on age are described. At the molecular, biochemical and chemical-biological level, the rationale for the existence of each technique is explained.

Keywords: DNA, Mitochondria, ATP, telomers, antibody, immunoglobulin, methylation.

Одной из основных задач криминалистики была и остается идентификация личности преступника, жертвы или неопознанного трупа. Существует множество методик установления личности. К данным методикам относятся дактилоскопия, реконструкция внешности по черепу, телесовмещение и множество других. В последние годы на первый план выступает молекулярно-генетическая экспертиза или исследование ДНК. Исследование генома по существующим тест-системам - уже хорошо отработанная методика и в большинстве случаев себя оправдывает. Ввиду того, что база данных геномной информации еще находится в стадии формирования, несмотря на то, что генетический профиль удается выделить, идентифицировать личность не всегда получается. Существует методика составления «молекулярного» или «генетического фоторобота», которая также находится в стадии разработки и является довольно дорогостоящей. Достоверно на сегодняшний день определяют пол человека, чей генетический материал представлен на исследование, наличие наследственных заболеваний, можно предположить цвет кожи, волос и глаз.

Зачастую можно по следам биологического происхождения установить возраст.

На сегодняшний день существуют криминалистические методики определения возраста по заращению черепных швов (по Симпсону-Оливье), стертости жевательной поверхности зубов и радиоизотопная диагностика костных останков. Они все базируются на исследовании структур длительно устойчивых к воздействию факторов внешней среды - кости и зубы. В случае, когда таковых не имеется, а есть только след крови, применяются методики установления возраста по различной ДНК.

Закономерностями изменений ядерной и митохондриальной ДНК в зависимости от возраста начали заниматься еще в 90-х годах прошлого столетия. Однако длительное время ввиду недостаточного развития методик исследования ДНК эти закономерности были недоступны. С развитием технологий и накоплением генетического материала стали выявляться те изменения, которые позволяют судить о приблизительном возрастном статусе объекта, чей биологический материал поступил на исследование. Методики определения возраста по объектам биологического происхождения применимы ко всем живым существам, которые являются носителями ДНК, в том числе и к человеку. То есть были выявлены те возрастные изменения ДНК, которые присущи не конкретной особи, а в целом популяции, что коренным образом отличает их от выделения генетического профиля, который присущ только каждому конкретному существу.

Практическое применение методик установления возраста по объектам биологического происхождения к человеку было наглядно продемонстрировано после обнаружения массовых захоронений солдат и офицеров, участвовавших в 1-й Чеченской кампании. Необходимо было определить возрастные характеристики лиц, которым принадлежат останки. Это облегчало идентификацию по генетическим профилям, т. к. еще на долабораторном этапе останки солдат и офицеров разделялись на группы.

Некоторые методики стали широко распространены ввиду относительной дешевизны и коммерческой заинтересованности косметологических клиник и фирм. В частности, это установление истинного биологического возраста с целью назначения косметологических препаратов для коррекции эластичности и упругости кожи. Это довольно распространенное исследование, которым пользуются множество женщин.

Об обоснованности применения методик в криминалистических целях в каждой конкретной ситуации и пойдет речь в данной статье.

При обнаружении скелетированных трупов, а особенно отдельных частей, выделение ДНК-профиля - весьма затруднительный процесс. Это связано с тем, что с возрастом количество остеоцитов (клеток костной ткани) снижается. В молодом возрасте при развитии костей существуют зоны роста, богатые постоянно делящимися клетками. С течением времени и прекращением роста костей происходит кальцинирование и обнаружить достаточное количество клеток для выделения ДНК-профиля становится все труднее. В некоторых ситуациях при возрасте около 70-80 лет с такой мощной кости, как бедренная, можно получить 1-2 клетки, пригодные для исследования. Такого количества крайне мало для выделения генетического профиля. А возраст определить, возможно, для этого существует методика определение возраста по митохондриальной ДНК (далее - мтДНК).

Основная часть генетической информации содержится в ДНК, находящейся в ядре клетки и называемой ядерной. Но часть генетической информации (по данным разных авторов, от 2 до 5 %), находится вне ядра в клеточных элементах, называемых митохондриями, отсюда и название. Большинство генов мтДНК кодируются генами ядерной ДНК. Также мтДНК имеет кольцевидное строение, в отличие от ядерной (рис. 1). За счет своего кольцевидного строения мтДНК сохраняется гораздо дольше ядерной, менее подвержена деградации, к тому же, в клетке ее гораздо больше, и выделить ее можно из любой клетки любой ткани организма.

Есть версия, что мтДНК была приобретена человеком от бактерий, вселившихся в организм, но по какой-то причине не погибших, а вступивших в симбиоз. Позже произошло слияние с клеткой, и кольцевидная ДНК бактерий, объединившись с РНК и рибосомами, составили митохондрию.

Рис. 1. Строение мтДНК

Митохондрия - это органоид клетки, основной задачей которого является синтез аденозинтрифосфата (далее - АТФ), который является энергетическим субстратом. Задача митохондрии - это выработка энергии (рис. 2) [1].

Для выработки АТФ митохондрии нужны глюкоза и кислород. Выработка АТФ происходит постоянно и процессы окисления глюкозы тем выше, чем выше активность организма. И, наоборот, при угасании деятельности митохондрий активность организма снижается.

Не все процессы окисления происходят по строго установленной схеме. Некоторые протекают нестандартно и в результате таких реакций образуются недоокисленные продукты или свободные радикалы, которые повреждают мтДНК и вызывают в ней мутации. На этом основана теория «митохондриального старения» Денхэма Хармана [2].

Вероятнее всего, вызывая мутации, с течением времени происходит утрата участков мтДНК. И активность митохондрий начинает снижаться, что приводит к гибели клетки. Это наблюдается с возрастом у каждого человека.

Методика установления возраста по мтДНК, находящейся в клеточных элементах объектов биологического происхождения, базируется на определении длины мтДНК. Проще говоря, зная длину мтДНК для каждого возраста и «измерив» длину в митохондриях клеток, поступивших на исследование, можно предположить возраст человека, чьи следы представлены на экспертизу.

Рассмотрим другую ситуацию. Обнаружены части расчлененного трупа, головы и кистей нет. Биологического материала для выделения генетического профиля предостаточно. Однако при проверке по базам данных лицо с данным профилем не числится. Установить возраст в подобных ситуациях помогают две ниже приведенные методики.

Методика определения возраста по теломерам. Еще в 1932 году американский генетик Герман Джозеф Мюллер стал использовать в науке термин «теломера», что в буквальном переводе с греческого обозначает «часть конца». Лауреаты Нобелевской премии и классики генетики Барбара Мак-Клинток и Герман Меллер в 1938 год обнаружили, что, разрушая концы хромосом, можно вызвать хромосомную перестройку, а значит, на концах хромосом существуют специальные участки защищающие клетку от этого процесса. В 1961 году профессор Калифорнийского университета Леонард Хэйфлик проводил эксперименты над культурами клеток и заметил, что клетки перестают делиться в среднем на 50 раз, а приближаясь к этой отметке, проявляли все признаки старения. Это количество делений носит название «предел Хэйфлика». На основе этого эксперимента в 1971 году российский биолог, ведущий научный сотрудник Института биохимической физики РАН Алексей Оловников предположил, что с каждым делением клетки концы ядерных линейных хромосом укорачиваются, и это приводит к прекращению деления и гибели клетки в целом. Окончательно эту теорию подтвердили в 2009 году работающие в США ученые Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак, за что были удостоены Нобелевской премии [3].

В основе этой теории лежит следующее. При репликации (удвоении) молекулы ДНК при каждом делении фермент ДНК-полимераза не может начать копирование с первого нуклеотида. Для этого нужен специальный праймер, который в естественных условиях не существует. Фермент может добавлять нуклеотиды только к уже существующей 3 '-гидроксильной группе. Если бы так происходило, то с каждой репликацией из цепочки ДНК терялись бы нуклеотиды, находящиеся до первой гидроксильной группы, а с ними и часть генетической информации. Для защиты хромосом на их концах существуют участки, не несущие генетической информации, но препятствующие ее утрате в результате репликации и «склеиванию» хромосом в процессе обмена участками (кроссинговере). Эти участки и называются теломерами (см. рис. 3 и рис. 4). С каждым делением теломеры теряют часть своего участка и по достижении размеров в 12,8 теломерного повтора происходит соединение хромосом, что приводит в конечном итоге к гибели клетки (апоптозу).

Но участки теломер все же восстанавливаются. Этому способствует фермент теломераза. Активность этого фермента определяет количество возможных делений. В детском и юношеском возрасте, когда активность теломеразы очень высока, количество делений может достигать 80. В старческом возрасте из-за низкой активности фермента количество делений может не превышать 20-30.

Рис. 3. Теломеры

Рис. 4. Строение теломер

Методика определения возраста по теломерам является достаточно не сложной и бюджетной. Теломерный тест проводится во многих лабораториях для определения истинного биологического возраста, склонности к онкологическим заболеваниям и т.д.

Методика установления возраста по метилированию ДНК [5]. В сущности процесс метилирования заключается в присоединении метильной группы СН3 к нуклеотиду цитозину (рис. 5).

Метилирование цитозина в ДНК эукариот

В ядрах (и митохондриях) эукариот существуют ферменты ДНК-метилазы.

Они катализируют перенос метильной группы от активной формы метионина (S- аденозилметионина, или SAM) на определенные азотистые основания ДНК.

Рис. 5. Метилирование ДНК

Перед каждым геном находится участок, разрешающий транскрипцию. И чтобы этот участок «разрешил» считывание, его нужно активировать, для этого и существует процесс метилирования.

В разном возрасте метилируются разные гены. Зная, в каком возрасте какой ген активируется, можно предположить возраст. Однако в клетках различных органов метилируются разные гены, и систему нужно выводить для какой-то одной группы клеток.

В случае обнаружения следов крови на месте происшествия для установления возраста пригодна методика определения возраста по Т-лимфоцитам крови. Т-лимфоциты - клетки иммунной защиты человека, созревающие в тимусе, откуда и берут свое название. Функция Т-лимфоцитов - обеспечение гуморального иммунитета, то есть выработка антител или иммуноглобулинов (Ig) [4].

При встрече с антигеном с участка хромосомы Т-лимфоцита начинается считывание (транскрипция) для синтеза соответствующего антитела, которое поглотит антиген. При этом транскрипция идет не подряд, а с разных участков. После того, как нужный вариант нуклеотидов подобран, не участвующие в считывании участки исключаются из цепи, а активные сшиваются между собой (рис. 6). Исключенные участки трансформируются в кольцевидные формы и находятся в цитоплазме клетки. Чем моложе организм, тем чаще он сталкивается с новыми антигенами, и, соответственно, количество кольцевидных ДНК в клетках высокое. С возрастом встречи с новыми антигенами становятся все реже, и количество кольцевидных ДНК снижается. Так как количество Т-лимфоцитов в 1 мкл крови может достигать 150 000, исследование доступно практически в 100 % случаев. Интересно, что с течением времени и с высыханием следов или трупными изменениями количество кольцевидных ДНК не изменяется.

Рис. 6. Синтез антител

19 из 20 аминокислот содержат в а-положении асимметричный атом углерода, с которым связаны 4 разные замещающие группы. В результате эти аминокислоты в природе могут находиться в двух разных изомерных формах - Lи D. Исключение составляет глицин, который не имеет асимметричного а-углеродного атома, так как его радикал представлен только атомом водорода. В составе белков присутствуют только L-изомеры аминокислот (рис. 7).

Рис. 7. L- иD-изомеры аминокислот.

Чистые L- или D-стереоизомеры могут за длительный срок самопроизвольно и неферментативно превращаться в эквимолярную смесь L- и D-изомеров. Этот процесс называют рацемизацией. Рацемизация каждой L-аминокислоты при заданной температуре идет с определенной скоростью. Это обстоятельство можно использовать для установления возраста людей и животных. Так, в твердой эмали зубов имеется белок дентин, в котором L-аспартат переходит в D-изомер при температуре тела человека со скоростью 0,01 % в год. В период формирования зубов в дентине содержится только L-изомер, поэтому по содержанию D-аспартата можно рассчитать возраст обследуемого.

Таким образом, каждая из методик соответствует своему объекту исследования и все имеют право на существование. Однако все они дают возрастной разброс в 10 лет, что позволяет отнести подозреваемого или труп к какой-то возрастной категории.

Надо понимать, что невозможность выделить генетический профиль или отсутствие в базе данных информации - это не конец исследования имеющихся объектов. При грамотном использовании возможностей методик определения цвета кожи, глаз, волос, и, конечно же, возраста, можно получить необходимую розыскную информацию.

К сожалению, методики определения возраста по объектам биологического происхождения практически не применяются в системе МВД. В первую очередь, это связано с тем, что крайне мало информации об их существовании, что ведет к отсутствию специалистов и отсутствию обучения экспертов владению вышеперечисленными методиками. Лаборатории ДНК-анализа ЭКП МВД России в большинстве своем занимаются исключительно выделением генетического профиля из объектов биологического происхождения и сравнением полученных данных по криминалистическим учетам или между собой. В большинстве лабораторий вообще не работают с мтДНК, т.к. либо не владеют методикой, либо отсутствует необходимое оборудование, либо и то и другое. О существовании методов дополнительного исследования объектов биологического происхождения большинство экспертов не владеют данными. В настоящий момент в ЭКП МВД России отсутствуют и специалисты, и оборудование, и финансирование для развития дополнительных методов исследования ДНК и биохимических исследований. В связи с развитием ДНК-анализа необходимо развивать данное направление, необходимо направлять экспертов на обучение в научные центры для овладения методиками определения возраста. Полная экспертная оценка полученных данных по ДНК может значительно сузить круг поиска и, в конечном итоге, привести к скорейшей идентификации личности.

Также существующие методики необходимо адаптировать к особенностям работы правоохранительных органов и следует активизировать процессы апробации методик в ходе установления криминалистически значимых обстоятельств. Наряду с этим необоснованным является игнорирование научно-обоснованных рекомендаций по обнаружению, фиксации и изъятию объектов биологического происхождения сотрудниками оперативных, следственных и экспертных подразделений.

криминалистика экспертиза генетический возраст

Литература

1. Физиология человека: учебник. М., 2002.

2. Зубаков Д., Лю Ф. и др. Оценка человеческого возраста от перестановок ДНК T-клетки. Methods. 2008.

3. Тимме М., Тимме В.Х., Олзе А. и др. Оценка стоматологического возраста в живых после завершения третьей молярной минерализации: новые данные для критериев Густафсона.

4. Белен Маркес-Руис А., Гонсалес-Эррера Л. и др. Полезность длины теломер в ДНК зубов человека для оценки возраста.

5. Риссеч К., Апплеб Дж. и др. Влияние потери костной массы на трех взрослых маркерах безымянного возраста.

Bibliography

1. Human physiology: textbook. M., 2002.

2. ZubakovD., LiuF., etc. Assessment of Human Age from T Cell DNA Permutations. Methods. 2008.

3. Timma M., Timma V.H., Olza A. etc. Assessment of dental age in live after end of the third molar mineralization: new data for Gustafsson's criteria.

4. Belen Marques-Ruiz A, Gonsalez-Herrera L. Utility of telomer length in human tooth DNA to estimate age.

5. Rissech C., Appleb J. The Impact of Bone Loss on Three Adult Markers of Nameless.

Размещено на Allbest.ru