Генетическая экспертиза митохондриальной ДНК (мтДНК)

Генетическая информация определяет особенности роста и развития человека, строение организма, обмен веществ, некоторые психофизиологические характеристики, а также предрасположенность к ряду заболеваний. Эта информация закодирована в ДНК, которая находится не только в ядре клетки, но и в митохондриях — органеллах, обеспечивающих преобразование энергии питательных веществ в формы, необходимые клетке. ДНК митохондрий называется митохондриальной ДНК (мтДНК).

Митохондрии — «энергетические станции» клетки, без которых она не может существовать. У митохондрий есть собственный генетический материал — митохондриальная ДНК. С точки зрения эволюции митохондрии произошли от древних бактерий: со временем часть их генов была утрачена, а часть — перенесена в ядро клетки-хозяина. В результате мтДНК человека содержит 37 генов, необходимых для работы дыхательной цепи, синтеза АТФ (аденозинтрифосфата) и других процессов клеточного энергообмена.

мтДНК передаётся от матери всем её детям. Это связано с тем, что яйцеклетка содержит очень большое количество митохондрий, тогда как у сперматозоида митохондрий значительно меньше; они в основном сосредоточены в области, обеспечивающей движение. При оплодотворении сперматозоид проникает в яйцеклетку, происходит образование зиготы. Митохондрии сперматозоида, как правило, помечены убиквитином и затем разрушаются внутри ооцита, тогда как ядро сперматозоида сливается с ядром яйцеклетки (рисунок 1).

И мужчины, и женщины получают митохондрии из цитоплазмы материнской яйцеклетки. В популяционной генетике используется понятие «митохондриальная Ева» — это общий предок всех ныне живущих людей по материнской линии (не «первая женщина», а общий матрилинейный предок). Если ядерную ДНК ребёнок наследует от обоих родителей (по 23 хромосомы от матери и отца), то митохондрии и мтДНК он получает только от матери (рисунок 2).

Именно материнский тип наследования делает мтДНК удобным объектом для генетической экспертизы родственных связей по материнской линии. Если при установлении отцовства обычно анализируют полиморфизм длины амплифицированных фрагментов (ПДАФ) ядерной ДНК, то экспертиза мтДНК основана на выявлении нуклеотидных различий (точковых замен и других вариантов) в митохондриальной ДНК и их сравнении между исследуемыми лицами. В мтДНК гены расположены очень компактно; при относительно небольшом числе повторяющихся участков она содержит много вариабельных позиций, что позволяет различать неродственных людей и подтверждать/исключать родство по материнской линии. На практике такие различия выявляют методами секвенирования мтДНК.

Для установления родства по материнской линии

между предполагаемыми родственниками (между двумя женщинами или между женщиной и мужчиной). Например: бабушка/дедушка по материнской линии — внук/внучка, тётя/дядя по материнской линии — племянник/племянница, брат — сестра (при родстве по общей матери).

При исследовании крайне малого объёма биологического материала.

В одной клетке содержится в среднем 100–10 000 копий мтДНК, тогда как ядерная ДНК представлена двумя наборами хромосом (по одной паре каждой из 23 хромосом).

При исследовании старых или сильно деградированных образцов (десятилетней, столетней и иногда более давней давности),

когда ядерная ДНК сохраняется плохо. Например, митохондриальная ДНК применялась при идентификации останков членов российской императорской семьи Романовых.

При отсутствии иного пригодного генетического материала.

Например, когда в распоряжении имеется только один волос: стержень волоса содержит мало ядерной ДНК, но может быть хорошим источником мтДНК.

Для определения принадлежности мтДНК-профиля к определённой материнской гаплогруппе (европейской, африканской, ближневосточной, американской и т. д.),

что позволяет оценить происхождение человека по материнской линии.

Для установления родства по материнской линии

между предполагаемыми родственниками (между двумя женщинами или между женщиной и мужчиной). Например: бабушка/дедушка по материнской линии — внук/внучка, тётя/дядя по материнской линии — племянник/племянница, брат — сестра (при родстве по общей матери).

При исследовании крайне малого объёма биологического материала.

В одной клетке содержится в среднем 100–10 000 копий мтДНК, тогда как ядерная ДНК представлена двумя наборами хромосом (по одной паре каждой из 23 хромосом).

При исследовании старых или сильно деградированных образцов (десятилетней, столетней и иногда более давней давности),

когда ядерная ДНК сохраняется плохо. Например, митохондриальная ДНК применялась при идентификации останков членов российской императорской семьи Романовых.

При отсутствии иного пригодного генетического материала.

Например, когда в распоряжении имеется только один волос: стержень волоса содержит мало ядерной ДНК, но может быть хорошим источником мтДНК.

Для определения принадлежности мтДНК-профиля к определённой материнской гаплогруппе (европейской, африканской, ближневосточной, американской и т. д.),

что позволяет оценить происхождение человека по материнской линии.

Митохондриальная ДНК присутствует во всех клетках организма. Она содержится даже в клетках, не имеющих ядра (например, в тромбоцитах), а также может быть получена из стержня волоса и других тканей. Поэтому для исследования мтДНК подходят практически любые биологические объекты: кости, зубы, кровь, сперма, фрагменты скелетированных останков, фрагменты тканей и др.

После поступления биологического материала в Национальный научно-исследовательский институт образцы направляются в специализированную лабораторию, где исследование проходит в несколько этапов:

Результаты секвенирования мтДНК сопоставляют со стандартной кембриджской последовательностью (Cambridge Reference Sequence), принятой в качестве международного ориентира; различия (варианты/мутации) описывают относительно неё. Это позволяет сформировать генетический профиль мтДНК исследуемого лица и использовать его для задач идентификации и анализа родства по материнской линии.

Согласно Постановлению Пленума Верховного Суда Российской Федерации от 21 декабря 2010 г. № 28 «О судебной экспертизе по уголовным делам» экспертиза по уголовному делу может быть проведена либо государственным экспертным учреждением, либо некоммерческой организацией, созданной в соответствии с Гражданским кодексом Российской Федерации и Федеральным законом «О некоммерческих организациях» и осуществляющей судебно-экспертную деятельность в соответствии со своим уставом.

Коммерческие организации и лаборатории, индивидуальные предприниматели, образовательные учреждения не вправе проводить экспертизу по уголовному делу, равно как и некоммерческие организации, для которых экспертная деятельность не предусмотрена уставом. Экспертиза, подготовленная такими организациями в рамках уголовного судопроизводства, может быть признана недопустимым доказательством, то есть доказательством, полученным с нарушением требований процессуального закона.

Недопустимые доказательства не могут использоваться в процессе доказывания, в том числе исследоваться или оглашаться в судебном заседании, и подлежат исключению из материалов уголовного дела.

Поскольку Национальный научно-исследовательский институт является автономной некоммерческой организацией, а проведение судебных экспертиз относится к его основной уставной деятельности, он вправе проводить экспертизы, в том числе по уголовным делам.