Գենետիկ դրոշմավորում

Գենետիկ դրոշմավորում կամ ԴՆԹ-դրոշմում, գիտական մեթոդների համակարգ՝ կենսաբանական անհատականության նույնականացում՝ հիմնված յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմի նուկլեոտիդների ԴՆԹ հաջորդականության յուրահատկության  վրա՝ (բացառությամբ՝ միաձվանի երկվորյակների), յուրատիպ «գենետիկ  մատնահետք», որն անփոփոխ ու անհատական է մնում անհատի (օրգանիզմի) ողջ կյանքում։

Մեթոդը հայտնագործվել է 1984 թվականի սեպտեմբերի 9-ին բրիտանացի գենետիկ Ալեք Ջեֆրիսի կողմից։ Օգտագործվում է ամբողջ աշխարհում` գլխավորապես քրեագիտության, դատաբժշկական փորձաքննության մեջ` ամենատարբեր հանցագործություններ բացահայտելու, ինչպես նաև` ազգակցական կապը և այլ անձի նույնականացման հետ կապված կարևոր հարցեր որոշելու համար։

Այսօր գենետիկ դրոշմավորումը կիրառվում է նույնիսկ դյուրակիր լաբորատորիաներում, և աշխարհում տասնյակ ձեռնարկություններ սարքավորումներ են թողարկում անձի գենոմային նույնականացման համար։

Հայտնագործման պատմություն 
Մարդու (անհատի կամ օրգանիզմի) ԴՆԹ-նույնականացման մեթոդը մատնադրոշմման մեթոդի համաբանությամբ, այլ մեծ հայտնագործությունների նման, ծագել է այլ հետազոտությունների արդյունքում։

1984 թվականի սեպտեմբերի 10-ին բրիտանացի գենետիկ Ալեք Ջեֆրիսը Լեսթերի համալսարանում ԴՆԹ-ի քրոմոսոմում նոր մեթոդներից մեկի միջոցով հայտնաբերված գենետիկական շեղումներն ուսումնասիրելիս, վերանայելով ԴՆԹ-ի ռենտգենյան պատկերը, հանկարծ հայտնաբերեց, որ տարբեր մարդկանց ԴՆԹ-ի շղթան ունի նուկլեոտիդների յուրատիպ հաջորդականություն։

Միոգլոբինը կոդավորող ԴՆԹ-ի անալիզի ժամանակ գիտնականը դոնդողանման մատրիցայում, որտեղ ԴՆԹ-ի հատվածները էլեկտրական դաշտում տեղաբաշխվում են ըստ իրենց չափսերի, հայտնաբերեց բազմաթիվ մինիսաթելիտներ։ Դա շատ անհավանական էր, նույնիսկ եթե գեների մեծ մասը ներառում է ԴՆԹ-ի «ավելորդ» հատվածներ, որոնք ՌՆԹ-ի հաշվառման ժամանակ հաշվի չեն առնվում, ամեն դեպքում, նրանք ԴՆԹ-ից սպիտակուցի սինթեզի վայրը գենետիկական տեղեկատվության փոխադրողներ են։ Ուսումնասիրության ընթացքում նա հասկացավ, որ տարբեր մարդկանց ԴՆԹ-ն  բաղկացած է միմյանցից խիստ տարբեր մենիսաթելիտային հաջորդականությունից։ Յուրաքանչյուր մարդու ԴՆԹ հաջորդականությունը  իր ԴՆԹ-պրոֆիլն է  կամ իր «գենետիկ անձնագիրը», որը ճշգրտորեն կարելի է օգտագործել անձի նույնականացման համար։ Նրա հայտնագործած ԴՆԹ-ի հատվածները երբեք չեն կրկնվում։

Իր ուսումնասիրության արդյունքը Ջեֆրիսը նոր էր հրապարակել, երբ նրա հետ կապվեցին Մեծ Բրիտանիայի ներքին գործերի նախարարությունից. նրա բացահայատումով կարելի էր պարզել՝ չեն ստում արդյոք ներգաղթյալները, երբ ասում են, թե Բրիտանիայի որևէ քաղաքացու մոտ ազգականն են։

Առաջին քրեական գործը, որտեղ կիրառվել է գենետիկ փորձաքննությունը, 1983 թվականի նոյեմբերին և 1986 թվականի հուլիսին երկու աղջիկների բռնաբարության և սպանության գործն է եղել։ Նոր մեթոդն օգնեց՝ ապացուցելու ձերբակալված Ռիչարդ Բաքլենդի անմեղությունը, ապա՝ բացահայտելու իրական մարդասպանին՝ Քոլին Փիչֆորքին։

Կիրառման ոլորտներ 
Այս հայտնագործումը սկզբում սկսեցին կիրառել քրեագիտության մեջ՝ դատաբժշկական փորձաքննության ժամանակ՝ կասկածյալների հանցացործության հետ կապ ունենալը կամ չունենալը ապացուցելու համար։ Դասական մատնադրոշմմանը՝ մատնահետքով մարդուն տարբերակելուն, ավելացավ գենետիկ   (գենոմային) մատնադրոշմումը, այսինքն, անձի տարբերակումը (որոշումը) մազերի միջոցով (մազի արմատով), թքի միջոցով (օրինակ, ծխախոտի ֆիլտրի վրա), մաշկի որևէ հատվածի, արյան կաթիլի, ոսկորի, ատամի, այսինքն՝ ցանկացած կենսաօբյեկտի շատ մանր հատվածի միջոցով։ Չէ՞ որ մարդու կենսանյութի բոլոր հատվածներում ԴՆԹ կա։ Եվ ինչպես Ալեքս Ջեֆրիսը սահմանեց, նրա յուրահատկությամբ կարելի է նույնականացնել մարդկանց։ Քրեական հետաքննության մեջ կասկածյալների ԴՆԹ-ն սկսեցին համեմատել մազերից, կենսաբանական հեղուկներից, մաշկի հատվածներից ստացված ԴՆԹ-ի հետ, որոնք հայտնաբերվել էին հանցագործության վայրում։

Հետագայում ԴՆԹ դրոշմավորման տեխնիկան սկսեց կիրառվել ազգակցությունը որոշելու և այլ խնդիրներ լուծելու հետ, որոնք կապված էին անձի նույնականացման հետ։ Այժմ ԴՆԹ-տիպականցումը կենսատեխնոլոգիական ամենահայտնի և լայն տարածում ստացած մեթոդներից է։ Այն կիրառվում է ԴՆԹ-ի օրինակների նվազագույն տարբերությունները վեր հանելու համար, այդ թվում՝ դոնորի և ռեցիպիենտի համատեղելիությունը ստուգելու՝ օրգանների կամ հյուսվածքների փոխպատվաստման ժամանակ, յուրահատուկ միկրոօրգանիզմների հայտնագործման համար, բույսերի սելեկցիայի պրոցեսում անհրաժեշտ գեներին հետևելու համար, հայրությունը ճանաչելու, դիակը ճանաչելիս (օրինակ, աղետների ժամանակ մահացած անհայտ զոհերի, զինվորների անձը ճանաչելու համար), կենդանիների բազմացումը կենդանաբանական այգիներում կարգավորելու համար, այնպիսի հիվանդությունների արագ ախտորոշման համար, ինչպիսիք են խլամիդիոզը, ինֆեկցիոն հիվանդությունները և այլն։

2008 թվականին այս մեթոդով բացահայտվել է 17614 հանցագործություն, այդ թվում՝  83 մարդասպանություն և 184 բռնաբարություն։

ԴՆԹ-պրոֆիլավորման ընթացք 

Չնայած այն հանգամանքին, որ մարդու ԴՆԹ հաջորդականության 99,9 %-ը համընկնում են, այնուամենայնիվ՝ յուրաքանչյուր մարդու ԴՆԹ-ն բավականին անհատական է։ ԴՆԹ-պրոֆիլավորման մեջ դիտարկվում է գենոմի ընտրված հատվածում կրկնվող տարրերի քանակը։ Կրկնվող տարրը կոչվում է տանդեմային կրկնություն (հաջորդաբար դասավորված)։ Որքան շատ գենոմի հատվածներ (կամ լոկուսներ) են դիտարկվում ԴՆԹ-պրոֆիլի կազմման ժամանակ, այնքան բարձր է անձի նույնականացման ճշգրտությունը։ Այժմ ԴՆԹ-պրոֆիլի կազմում լոկուսների թիվը 16 և ավելի է։

Մարդու ԴՆԹ-պրոֆիլի կազմումը չպետք է շփոթել նրա գենոմի ամբողջական վերծանման հետ։

ԴՆԹ-պրոֆիլավորման գործընթացը սկսվում է անհատի ԴՆԹ-ի օրինակը վերցնելով։ Նմուշառման նախընտրելի մեթոդ է այտի ներսի կողմից (բերանից) քսուկ վերցնելը. այդ կերպ աղտոտվելու հնարավորությունը փոքրանում է։ Եթե այդ տարբերակը հնարավոր չէ, օրինակ եթե այդ պրոցեդուրան իրականացնելու համար անհրաժեշտ է դատարանի որոշում, որը բացակայում է, կարելի է օգտվել այլ մեթոդներից՝ արյան, թքի, սպերմայի և այլ համապատասխան հեղուկներից կամ հյուսվածքներից, անձնական իրերից (օրինակ, ատամի խոզանակից, ածելիից և այլն)։ Կարելի է օգտվել պահված օրինակներից (օրինակ, սերմնահեղուկի բանկից կամ բիոպսիայի հյուսվածքներից)։ Կենսաբանական ազգակցականների արյունից ստացված օրինակները կարող են ծառայել որպես անհատի պրոֆիլի ինդիկատոր։ Հավասարապես և մարդկային դիակները, որոնք նախկինում ԴՆԹ-պրոֆիլավորման են ենթարկվել։

ԴՆԹ-պրոֆիլի անալիզից հետո կարելի է համեմատել մյուս օրինակի հետ, որպեսզի հայտնաբերվի գենետիկ համապատասխանությունը։

Միևնույն ժամանակ քրեական հետաքննությունների համար ԴՆԹ-ի օրինակների համեմատությունները կարող են ոչ այնքնան ճշգրիտ լինել, հատկապես, երբ փորձագետները ստանում են կասկածյալների մասին լրացուցիչ տեղեկատվություն։

ԴՆԹ-պրոֆիլավորման մեթոդներ

ԲՌՀԵ-անալիզ 

Գենետիկ վերլուծության առաջին ԴՆԹ-պրոֆիլավորման մեթոդներից մեկի միջոցով հայտնաբերվեցին ռեստրիկտազները, ապա՝ սաուզերն-բլոտի մեթոդը։ Չնայած ռեստրիկտազների ճեղքման ընթացքում կարող է ի հայտ գալ բազմաձևություն, ավելի հաճախ ֆերմենտների ԴՆԹ-պրոբն է օգտագործվում լոկուսների տանդեմային կրկնության անալիզի համար։ Սակայն սաուզերն-բլոտի մեթոդը աշխատատար է և պահանջում է մեծաքանակ ԴՆԹ օրինակներ։ Բացի այդ, Կարլ Բրաունի շատ լոկուսների մինիսաթելիտների միաժամանակյա դիտման օրիգինալ մեթոդիկան մեծացնում է առկա տարատեսակությունը, որն էլ  դժվարություններ է ստեղծում առանձին ալելների տարբերակման համար և դրանով բացառում է այդ մեթոդի կիրառությունը հայրության ճանաչման ժամանակ։ Այդ նախնական մեթոդները դուրս մղվեցին ՊՇՌ-անալիզի մեթոդով։

ՊՇՌ-անալիզ 

Պոլիմերազային շղթայական ռեակցիայի (ՊՇՌ) մեթոդի հայտնագործմամբ ԴՆԹ-պրոֆիլավորումը հսկայական քայլ կատարեց առաջ շատ փոքր կամ դեգրադացիոն օրինակով տեղեկատվության վերականգնման ուղղությամբ։ ՊՇՌ-ն թույլ է տալիս ԴՆԹ-ի հատվածները բազմակի ամպլիֆիկացնել`գործածելով օլիգոնուկլեոտիդների պրայմերը և ջերմակայուն ԴՆԹ-պոլիմերազները։ Մեթոդի առաջին անալիզները, ինչպիսին դոտ-բլոտինգն է, իրենց պարզության ու հեշտության հաշվին, շատ տարածված էին։ Սակայն այդ մեթոդները չունեին  ПДРФ մեթոդի թույլատրող հնարավորությունները։ Բացի այդ, դժվար էր ԴՆԹ-պրոֆիլները տարբերակել սեռական բռնության ենթարկված զոհերի հեշտոցային քսուքի խառնուրդի օրինակները։

ՊՇՌ մեթոդը լավ է հարմարեցված տանդեմային կրկնությունների լոկուսների համար։ ԱՄՆ-ում ՀԴԲ-ն ստանդարտիզացրել է 13 տանդեմային կրկնություն ունեցող հավաքածու ԴՆԹ-պրոֆիլավորման համար, ինչպես նաև հավաքել է ԴՆԹ տվյալների միասնական շտեմարան՝ «Combined DNA Index System (CODIS)», որն օգտագործվում է քրեական գործերում դատաբժշկական նույնականացման համար։ Նմանատիպ շտեմարաններ ստեղծվեցին նաև այլ երկրներում։ Բացի այդ, ստեղծվեցին գործիքային հավաքակազմեր, որոնք հնարավորություն էին տալիս անալիզի ենթարկել միանուկլեոտիդային բազմաձևությունները։

ԿՏԿ-անալիզ 

Այժմյան ԴՆԹ-պրոֆիլավորման մեթոդը հիմնված է ՊՇՌ-ի մեթոդի վրա և գործածում է կարճ տանդեմային կրկնությունները։ Այս մեթոդը ուսումնասիրում է բարձր աստիճանի բազմաձևություն ունեցող հատվածները, որոնք ունեն ԴՆԹ հաջորդականության կարճ կրկնություններ (առավել տարածված են 4 հիմնական կրկնություն, բայց հանդիպում են նաև այլ երկարություն ունենցող կրկնություններ, այդ թվում՝ 3 և 5)։ Քանի որ տարբեր մարդիկ ունեն ԴՆԹ-ի տարբեր շղթաներ, այդ հատվածները կարող են օգտագործվել որպես անհատների միջև տարբերություններ գտնելու միջոց։ ԿՏԿ պարունակող գենոմի հատվածների համար ընտրում են յուրահատուկ օլիգոնուկլեոտիդային պրայմերներ, ապա ՊՇՌ-ի օգնությամբ  ամպլիֆիկացնում են ԴՆԹ-ի համապատասխանող հատվածները։ ԴՆԹ-ի այդ հատվածները հետագայում բաժանվում և ճանաչվում են Էլեկտրաֆորեզի միջոցով։ Գոյություն ունի բաժանման և ճանաչման 2 տարածված մեթոդ՝ մազանոթային էլեկտրաֆորեզ (ՄԷ) և գել-էլեկտրաֆորեզ։

Միտոքոնդրիալ անալիզ 

Շատ քայքայված կենսաօբյեկտների դեպքում երբեմն հնարավոր չի լինում ստանալ բավականաչափ քանակությամն միջուկային ԴՆԹ։ Այդպիսի դեպքերում անալիզի է ենթարկվում միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ն, քանի որ վադակում գոյություն ունեն մԴՆԹ-ի շատ պատճեններ, այն դեպքում, երբ միջուկային ԴՆԹ-ի 1-2 պատճենից ավել չի կարող լինել։ Միտոքոնդրիալ անալիզը նպատակահարմար է նաև այն դեպքում, երբ հայտնի են միայն մայրական կողմի ազգականները։ Միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ն կարող է ստացվել այնպիսի նյութերից, ինչպիսիք են մազը՝ արմատով, հին ոսկորները կամ ատամները։

Այս մեթոդի օգնությամբ բացահայտվեց, որ աշխարհահռչակ ինքնակոչ Աննա Անդերսոնը իրականում ամենևին կապ չուներ Անաստասիա Նիկոլաևնա Ռոմանովայի հետ։

Պրակտիկ գործածության հայտնի դեպքեր

Քրեագիտության մեջ 
 2004 թվականին ԴՆԹ անալիզը նոր լույս սփռեց 1912 թվականին խորհրդավոր կերպով անհետացած 4-ամյա Բոբի Դանբերի գործի վրա. նա ահնետացել էր ձկնորսության ժամանակ։ 8 ամիս անց նրան կենդանի էին գտել, բայց Ջուլիա Անդերսոն անունով մի կին պնդում էր, թե դա իր տղան է՝ Բրյուս Անդերսոնը։ Դատարանը չէր հավատացել նրան և տղային տվեց Դանբերների ընտանիքին։ Այնուամենայնիվ, 2004 թվականի ԴՆԹ անալիզը հաստատեց, որ 1912 թվականին հայտնաբերված տղան Բոբի Դանբերը չէ, որի ճակատագրի մասին հետագա տեղեկություն չկա։
 2011 թվականին Մոսկվայի մերձակայքում անհետացավ հայտնի ձեռնարկատիրոջ 16-ամյա աղջիկը՝ Վիկտորյա Տեսլյուկը։ Որոնողական աշխատանքներն անցան ապարդյուն։ Նույն թվականի ապրիլին գտան նրա ենթադրյալ մարմինը։ Այն ենթարկվել էր անտառային կենդանիների հարձակմանը և ժամանակի ընթացքում ձևափոխվել է արտաքին հանգամանքներից։ ԴՆԹ անալիզից հետո միանշանակ պարզ դարձավ, որ դա հենց Վիկտորյա Տեսլյուկի մարմինն է։

Ազգակցության որոշում 
 1950-ական թվականներին ոմն Աննա Անդերսոն հայտարարեց, որ ինքը Անաստասիա Նիկոլաևնա Ռոմանովան է։ 1980-ական թվականներին՝ Աննայի մահից հետո, նրա հյուսվածքներից պահպանվել էին Վիրջինյա նահանգի Շարլոտսվիլի հոսպիտալում։ Հետագայում, երբ հնարավորություն ստեղծվեց դրանք գիտական ուսումնասիրության ենթարկելու, ԴՆԹ գենետիկ ուսումնասիրման միջոցով պարզվեց, որ ինքնակոչ Աննան կապ չունի Ռոմանովների հետ։
 Կասպար Հաուզերի հանելուկ. ԴՆԹ-մատնադրոշման միջոցով փորձ է արվել պատասխան տալ 19-րդ դարի Եվրոպայի ամենահանելուկային և աղմկոտ պատմություններից մեկին։ Ըստ ժողովրդի՝ Կասպար Հաուզերը բադենյան արքայազն է, որին գողացել են օրորոցից և որի գահը զավթել է ուզուրպատորը։ Ենթադրվում է, որ Կասպարի ծնողները Բադենի հերցոգուհի Ստեֆանիա դե Բոհարնը և հերցոգ Կարլն են։ Այդ հիպոթեզի ճշտումը ԴՆԹ- թեստավորման միջոցով բացասկան պատասխան տվեց։ 1996 թվականին Կասպարի ենթադրյալ վարտիքի վրայի արյան հետքերից, որոնք պահվում էին Անսբախի թանգարանում, գենետիկական նյութ վերցրին։ Օրինակը բաժանեցին 2 մասի, մի մասը ուսումնասիրեց Մյունխենի համալսարանի դատաբժշկական ինստիտուտը, մյուսը՝ Բիրմինգհեմի դատափորձական լաբորատորիան։ Անալիզի համար անհրաժեշտ արյունը տվեցին Ստեֆանի դե Բոհարնի մայրական գծով հետնորդները։ Որպես մեթոդ գործածվեց միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ի անալիզը, որը փոխանցվում է երեխային միայն մայրական կողմով։ Այդպիսով մի ընտանիքի բոլոր անդամները, որոնք սերում են միևնույն նախամորից, ունեն ԴՆԹ-ի նմանատիպ կառուցվածք։ Արդյունքը բացասական էր։ Եթե վարտիքն իսկապես Կասպարինն էր, ապա նա ոչ մի կերպ չէր կարող լինել Ստեֆանիի ազգականը։ Սակայն 2002 թվականին տեղեկություն հրապարակվեց, որ այդ վարտիքն ամենևին էլ Կասպարինը չէ։ Փորձը կրկնեցին, այս անգամ օգտվելով նրա գլխարկի մազերի, շալվարի գենետիկակն նյութից, որոնք պահպանվում էին այսպես կոչված «ֆեյերբախյան հավաքածուում»։ Ուսումնասիրվեց 6 օրինակ, որոնց ԴՆԹ-երը շատ նման էին իրար։ Անալիզի համար անհրաժեշտ արյունը տվեց Աստրիդ ֆոն Մեդինգերը՝ մայրական գշով Ստեֆանիի հետնորդը։ Անալիզն արեց Բ. Բրինկմանը Մյունստերի դատաբժշկական ինստիտուտում։ Արդյունքը դրական էր. ԴՆԹ-ի շղթաները 95%-ով համընկնում էին։ Այդպիսով Կասպարի՝ Ստեֆանիի որդին լինելու հավանականությունը մեծացավ։ Չնայած այս հետազոտության հետ շատերը համաձայն չէին և պետք էր ճշտել դրա իսկությունը։

ԴՆԹ-պրոֆիլավորման շտեմարաններ տարբեր երկրներում 
ԴՆԹ-անալիզի մեթոդը կիրառվում է ԱՄՆ-ի, Կանադայի, Մեծ Բրիտանիայի, Ճապոնիայի, Չինաստանի, Մալայզիայի, Սինգապուրի, Թայլանդի, Չիլիի, Կոլումբիայի, Նոր Զելանդիայի, Ռուսաստանի և այլ երկրների փորձաքրեագիտական պրակտիկայում։ Որոշ երկրներ ստեղծել են ԴՆԹ-պրոֆիլի հսկայածավալ շտեմարաններ։

Աշխարհում ամենամեծը Միացյալ թագավորության ԴՆԹ տվյալների բանկն է՝ «NDNAD», որը հիմադրվել է 1995 թվականին և 2005 թվականին արդեն ուներ 3,1 մլն պրոբ, 2015-ին՝ 5,7մլն։ Այնտեղ պահպանվում են ոչ միայն դատապարտվածների, այլև կասկածյալների ԴՆԹ տվյալներ։ . , как кражи со взломом, грабежи, угоны автомашин — ընդհանուր առմամբ՝  90 % բացահայտված գործ։ 1998 թվականից քննարկվում է ողջ բնակչության գեների անձնագրավորելու հարցը։

Իսլանդիայի ԴՆԹ տվյալների շտեմարանում պահվում են շուրջ 300 հազար մարդու գենոտիպեր։

Ռուսաստանում 2008 թվականի դեկտեմբերի 3-ին օրենք ընդունեցին «ՌԴ-ում պետական գենոմային գրանցման մասին»։ Այդ օրենքով ստեղծվեց ԴՆԹ տվյալների շտեմարան, որը տեղեկատվություն էր պարունակում հատկապես ծանր հանցագործություններ կատարած դատապարտվածների մասին։

Տես նաև՝ 
 Մազանոթային էլեկտրաֆորեզ
 Ռեստրիկցիոն հատվածների երկարության բազմաձևություն
 Կարճ տանդեմային կրկնություն
 ԴՆԹ դրոշմավորում

Գրականություն

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 

Forensic Science, Statistics, and the Law—Blog that tracks scientific and legal developments pertinent to forensic DNA profiling
Create a DNA Fingerprint—PBS.org
In silico simulation of Molecular Biology Techniques—A place to learn typing techniques by simulating them
National DNA Databases in the EU 
The Innocence Record , Winston & Strawn LLP/The Innocence Project
Making Sense of DNA Backlogs, 2012: Myths vs. Reality United States Department of Justice
France Tries Mass DNA Test in Hunt for School Rapist 

Կենսաչափություն
ԴՆԹ
Մոլեկուլային կենսաբանություն
Նույնականացման փաստաթղթեր