Телефон:
+7 (908) 590-52-56

Получить консультацию

Генетическая экспертиза митохондриальной ДНК (мтДНК).

Генетическая экспертиза митохондриальной ДНК (мтДНК)

           Генетическая информация определяет рост, развитие, строение, обмен веществ, психологический склад человека, а также предрасположенность к различным заболеваниям. Эта информация зашифрована в ДНК, которая представлена не только в ядре клетки, но и в органеллах (митохондриях), необходимых для превращения химической энергии из пищи в формы, необходимые клетке – это так называемая митохондриальная ДНК.

             Митохондрии – это "энергетические станции" клетки, без которых она не сможет существовать. Митохондрии имеют собственную генетическую информацию, зашифрованную в митохондриальной ДНК. Когда-то митохондрии представляли собой бактерии. Но, попав в эукариотические клетки, они растеряли часть своей генетической информации, часть отдали в ядро клетки-хозяина, и сейчас митохондриальная ДНК состоит всего лишь из 37 генов, необходимых для окисления глюкозы до углекислого газа и воды и синтеза клеточного "топлива": АТФ (аденозинтрифосфат) и НАДН (восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида).

           Митохондриальная ДНК передается от матери ко всем ее детям, от дочерей к внукам. Почему же так происходит? Почему мы не можем унаследовать митохондриальную ДНК от отца?

             Яйцеклетки (женские половые клетки) содержат огромное количество митохондрий, в сотни, а то и в тысячи раз больше, чем содержат сперматозоиды (мужские половые клетки), которым митохондрии необходимы в основном только для движения. При оплодотворении сперматозоид проникает в яйцеклетку, зачастую теряя свой жгутик и митохондрии, которые находятся в основании жгутика. Затем сперматозоид сливается с яйцеклеткой, происходит образование зиготы. Митохондрии сперматозоида, меченные убиквитинином, разрушаются ооцитом, и ядро сперматозоида сливается с ядром яйцеклетки (Рисунок 1), давая начало новой жизни.

Образование зиготы. Все клетки человека кроме половых клеток несут диплоидный набор хромосом (46 хромосом). В ядрах половых клеток находится гаплоидный набор хромосом (23 хромосомы). После слияния сперматозоида с яйцеклеткой образуется зигота, формируются мужской и женские нуклеусы (в них находится по 23 хромосомы), которые сближаются и  сливаются в ядро зиготы. С этого момента клетка становится диплоидной (несет двойной набор хромосом) и начинается деление клетки.
            Рисунок 1. Образование зиготы. Все клетки человека, кроме половых, несут диплоидный набор хромосом (46 хромосом). В ядрах половых клеток находится гаплоидный набор хромосом (23 хромосомы). После слияния сперматозоида с яйцеклеткой образуется зигота, формируются мужской и женские нуклеусы (в них находится по 23 хромосомы), которые сближаются и сливаются в ядро зиготы. С этого момента клетка становится диплоидной (несет двойной набор хромосом), и начинается деление клетки.

               Митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии. И мужчины, и женщины получают митохондрии из цитоплазмы материнской яйцеклетки. Эти маленькие двуспиральные цепочки ДНК тянутся к нам из далекого прошлого, со времен проматери "митохондриальной Евы", которая являлась общим предком всех ныне живущих людей по материнской линии. Если ядерную ДНК, которая представлена 46-ю хромосомами, ребенок наследует от обоих родителей (половину – 23 – от матери, половину от отца), то митохондрии и мтДНК ребенок получает только от матери (Рисунок 2). Именно поэтому митохондриальная ДНК является идеальным объектом для генетической экспертизы родственных связей по материнской линии. Но если в случае установления отцовства используются полиморфизмы длин амплифицированных фрагментов (ПДАФ), то генетическая экспертиза митохондриальной ДНК представляет собой выявление индивидуальных точковых нуклеотидных изменений в ДНК митохондрий, их отождествление или дифференцировку. В митохондриальной ДНК гены очень плотно "упакованы". Несмотря на то что в мтДНК очень мало тандемных повторов, она буквально "напичкана" точковыми мутациями, что делает ее весьма вариабельной (это значит, что она совсем разная у людей, не имеющих общих предков по материнской линии). Именно эти мутации детектируют и анализируют с помощью секвенаторов нового поколения при исследовании митохондриальной ДНК.

Принцип наследования мтДНК. В виде разноцветных кругов показано различающиеся копии мтДНК.
Рисунок 2. Принцип наследования мтДНК. В виде разноцветных кругов показаны различающиеся копии мтДНК.

             Митохондриальная ДНК обладает рядом особенностей, которые отличают ее от ядерной ДНК и позволяют использовать при генетической экспертизе:

  1. мтДНК не подвержена рекомбинации, поэтому вся молекула изменяется только путем мутирования на протяжении тысячелетий;
  2. данный тип ДНК наследуется только по материнской линии;
  3. мтДНК можно выделить из любого биологического материала;
  4. благодаря большому количеству копий мтДНК иногда может быть единственным источником ДНК - например, при сильно деградированной ядерной ДНК или недостаточности биологического материала;
  5. высокий мутационный уровень мтДНК, по сравнению с одной копией ядерной ДНК, увеличивает идентификационный уровень генетической экспертизы.

В КАКИХ СЛУЧАЯХ НЕОБХОДИМО ПРОВЕДЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК (МТДНК)?

  1. для установления родственной связи между двумя женщинами или женщиной и мужчиной у предполагаемых родственников по материнской линии. Например, дед/бабка-внук, дядя/тетя-племянник, брат-сестра;
  2. при исследовании крайне малого объема биологического материала. Количество копий мтДНК в одной клетке составляет 100-10 000, в то время как в ядерной ДНК всего лишь по две пары каждой из 23 хромосом;
  3. при исследовании образцов десятилетней, столетней и даже тысячелетней давности. Так, например, по мтДНК удалось идентифицировать останки членов российской императорской семьи Романовых.
  4. за неимением другого генетического материала. Например, при наличии всего лишь одного волоса. Ствол (стержень) волоса содержит незначительное количество ядерной ДНК, но является хорошим источником митохондриальной ДНК;
  5. для определения принадлежности генетического профиля той или иной генеалогической ветви человечества (европейской гаплогруппе, африканской, ближневосточной, американской и т.д.). Таким образом, можно определить происхождение человека.

КАКИЕ МАТЕРИАЛЫ НЕОБХОДИМО ПРЕДОСТАВИТЬ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК (МТДНК)?

              Митохондриальная ДНК присутствует во всех клетках организма. Она находится даже в тех клетках организма, в которых отсутствует ядро (тромбоциты, эритроциты, клетки стержня волос и т.д.). Поэтому для получения мтДНК подходят любые ткани организма: кости, зубы, кровь, сперма, фрагменты скелетированных трупов, фрагменты частей тела и многое другое. Обычно, как и при генетической экспертизе по установлению отцовства или материнства, берутся образцы буккального эпителия (соскоб ватной палочкой с внутренней стороны щеки), кровь из пальца в объеме 0,3-0,5 мл, кровь на ватном диске, волосы или ногти. Взятие образцов тканей осуществляется в соответствии со следующими законами:

  1. ст. 35 Федерального закона от 31 мая 2001 г. №73-ФЗ "О государственной судебно-экспертной деятельности в Российской Федерации";
  2. п. 84.4 "Порядок организации и производства судебно-медицинских экспертиз в государственных судебно-экспертных учреждениях Российской Федерации" (Приказ Минздравсоцразвития РФ №346н от 12.05.2010 г.).

            Эксперты-генетики после получения биологического материала направляются в специализированную лабораторию, где полученный биоматериал последовательно проходит три этапа исследования: 1) выделение мтДНК; 2) амплифицирование (многократное умножение) определенного локуса мтДНК; 3) определение первичной последовательности нуклеотидов амплифицированного локуса.

                На первом этапе эксперт производит выделение ДНК из полученного материала. Выделение митохондриальной ДНК из клеток является очень сложным процессом и в некоторых случаях может продлиться 24 часа. Например, весь процесс выделения митохондриальной ДНК из крови составляет около двух часов, в то время как для того, чтобы только лизировать (разрушить) ткань волоса или ногтя, приходится обрабатывать ее соответствующим ферментом около 12 часов. В большинстве случаев для этих целей используются коммерческие наборы реактивов ведущих зарубежных фирм-производителей, таких как Applied Biosystems (США), Promega (США), QIAGEN (Германия).

               На втором этапе анализа производят полимеразно-цепную реакцию (ПЦР-реакцию), в результате которой определенный участок мтДНК (D-петля, или так называемая петля смещения) многократно увеличивается. Именно анализ нуклеотидной последовательности D-петли является дифференцирующим признаком при исследовании мтДНК. Высокий уровень вариабельности D-петли обусловлен тем, что у разных людей этот участок может иметь разную первичную последовательность нуклеотидов (так называемых "кирпичиков", из которых построена ДНК). В популяции обнаруживается целый набор вариантов, отличающихся друг от друга наличием различных мутаций: точковых нуклеотидных замен, микроделеций и микроинсерций. У каждого индивидуума в популяции имеется в норме только один такой вариант, который этот индивидуум унаследовал по своей материнской линии. Как следствие, полинуклеотидная D-петля обладает свойством индивидуальной специфичности.

              На следующем этапе производят очистку амплифицированного участка митохондриальной ДНК и его секвенирование. Секвенирование – это определение первичной последовательности ДНК, иными словами - расшифровка генетического кода, который в принципе уникален для каждого организма. Сравнивая нуклеотидные последовательности D-петли из разных образцов, эксперт устанавливает степень их соответствия друг другу, а также сравнивает их с референсной последовательностью мтДНК. Расчет несовпадения нуклеотидов (мутаций) ДНК осуществляется согласно ст. 3.6 Методических указаний Минздрава РФ №2001/4 от 25.01.2001 г. "Применение молекулярно-генетической индивидуализирующей системы на основе полиморфизма нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК в судебно-медицинской экспертизе идентификации личности и установления биологического родства". В выводах генетической экспертизы митохондриальной ДНК указывается вероятность совпадения признаков, выраженная в процентах.

               Все результаты тестирования мтДНК сравнивают с так называемой "стандартной кембриджской последовательностью". Это первая нуклеотидная последовательность митохондриальной ДНК, которая была расшифрована. Данная работа была выполнена в 1981 году в Кембридже Стеном Андерсеном, за что последовательность мтДНК получила второе название - "последовательность Андерсена" (в англоязычной литературе). Поскольку это была первая последовательность мтДНК, ее и взяли за международный стандарт. В настоящее время все мутации в анализируемой последовательности отсчитывают от нее. Сравнивая нуклеотидную последовательность исследуемой мтДНК со стандартной кембриджской последовательностью, устанавливают генетический профиль исследуемой мтДНК, то есть дают ему индивидуальную генетическую характеристику.

            По генетическому профилю устанавливают, к какой расе или гаплогруппе относится исследуемая митохондриальная ДНК (и соответственно человек, которому она принадлежит). Следовательно, генетическая экспертиза митохондриальной ДНК позволяет построить ДНК-генеалогию и в определенных случаях предвидеть внешность разыскиваемого человека. Если по Y-хромосоме ученые пытаются найти предполагаемого Адама, то по генетическому профилю мтДНК можно найти предполагаемую Еву.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК ОТВЕЧАЕТ НА ДВА ГЛАВНЫХ ВОПРОСА:

  1. Имеются ли совпадения нуклеотидных последовательностей мтДНК у анализируемых биологических образцов? Для этого по определенным правилам сопоставляют полученные индивидуальные профили полиморфизма анализируемых фрагментов ДНК с целью их отождествления или выявления сходства и различий и установления на этом основании определенных фактов, которые могут иметь доказательственное значение по делу.
  2. Если совпадение признаков установлено, то какова вероятность того, что это совпадение закономерно, а не является случайностью?

НОРМАТИВНО-ПРАВОВЫЕ ДОКУМЕНТЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК:

  1. Федеральный закон от 31 мая 2001 г. №73-ФЗ "О государственной судебно-экспертной деятельности в Российской Федерации";
  2. Приказ Минздравсоцразвития РФ №346н от 12.05.2010 г. "Об утверждении Порядка организации и производства судебно-медицинских экспертиз";
  3. Методические указания Минздрава РФ №2001/4 от 25.01.2001 г. "Применение молекулярно-генетической индивидуализирующей системы на основе полиморфизма нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК в судебно-медицинской экспертизе идентификации личности и установления биологического родства";
  4. Семейный кодекс РФ. Глава 10 "Установление происхождения детей".

помощь адвоката

тел. 8 908 590 52 56.