Рисунок днк: Днк рисунок (67 фото) » Рисунки для срисовки и не только

Новый метод покажет, как РНК влияет на активность генома

16 марта, 2020 10:56

Источник:

Пресс-служба РНФ

Международная группа ученых, в которую входит представитель ФИЦ биотехнологии РАН, ИОГЕН и МФТИ, разработала новый, более надежный метод для изучения контактов РНК с ДНК в ядре клеток. Метод поможет определить роль РНК в регуляции работы генов, что в будущем может быть важно, например, для лечения различных заболеваний Статья об исследовании опубликована в Nature Communication. Работа была поддержана Российским научным фондом (РНФ).

Поделиться

Диаграммы, изображающие взаимодействия некодирующих РНК: Neat1 (a, b) и Fgfr2 (c, d) в эмбриональных стволовых клетках мыши (mESC) и клетках-предшественниках олигодендроцитов (mOPC). Neat1 синтезируется с 19-й хромосомы, а Fgfr2 — c 7-й. Источник: Nature

Реализация генов: с ДНК считывается РНК, а с РНК — белок. Источник: Таблица генетического кода

В ядре клетки молекула ДНК упакована с помощью специальных белков в хроматин, из которого и состоит хромосома. Источник: Wiring Diagram Database, Diagram Of Chromatin

а) Реакции, производимые в ядре клетки. Красным показана РНК, черным — ДНК, голубым — белки, синим — связующая молекула. Черная точка — молекула, позволяющая «выцепить» комплекс из раствора. Пояснения даны в тексте. b) Реакции, производимые в растворе: 1)

РНК и активность генов

Ранее считалось, что РНК — это лишь промежуточная стадия между ДНК и белком (рисунок 1а). Но когда научный мир начал описывать работу генома, оказалось, что далеко не все участки ДНК кодируют РНК. Более того, даже те, с которых считывается РНК, не обязательно кодируют белки. Функция большинства некодирующих РНК до сих пор неочевидна. В разных типах клеток должны работать разные гены и синтезироваться разные белки: в клетке мозга — одни, в клетке крови — другие. Это значит, что существуют факторы, которые влияют на активность генов. Теперь ученые начали понимать, что некодирующие РНК также являются одним из этих факторов.

Известно, что длинные некодирующие РНК взаимодействуют с хроматином — веществом, которое представляет собой молекулу ДНК, плотно упакованную с помощью белков (рисунок 1б). Хроматин может менять свою структуру: разворачиваться и сворачиваться, открывая гены для считывания или, наоборот, закрывая их. Если некодирующие РНК связываются с определенными участками хроматина, они могут влиять на его структуру и таким образом регулировать активность этих участков. Чтобы понимать, как регулируется активность генов и как это влияет на специализацию клетки, необходимо знать, какие некодирующие РНК с какими участками связываются.

Как это работает

Есть несколько методов, которые позволяют определять места, где взаимодействуют РНК и хроматин. Однако из-за ряда ограничений они пропускают много взаимодействий, к тому же некоторые из них требуют для анализа большого количества материала или разрушения клетки. Авторы работы разработали новый метод, который не разрушает клетку до закрепления контактов РНК и хроматина и показывает более высокую точность, — они назвали его RADICL-seq.

В ядре клетки большинство РНК связаны с хроматином: РНК закрепляется в белках, которые связывают ДНК. Метод RADICL-seq заключается в следующем. В ядро добавляется фермент, который делает разрывы на ДНК и оставляет свободные концы, пригодные к сшивке. Также добавляется фермент, который разрушает свободные РНК и тем самым повышает точность определения контактов. Потом добавляют молекулу, у которой один конец — одноцепочечный и связывается с РНК, а второй — двухцепочечный и связывается с расположенной рядом ДНК (рисунок 2а). Таким образом, эта молекула служит мостиком, скрепляющим РНК и ДНК. Дальше удаляют белки, достраивают вторую цепочку и получившийся ДНК-комплекс готовят к секвенированию (рисунок 2b), где определяют последовательности связанных РНК и ДНК.

Раскодировать некодирующее

Ученые проверили метод RADICL-seq в действии. По сравнению с другими методами, он показал более высокую точность определения хроматин-РНК-взаимодействий. Благодаря высокому разрешению метода авторам удалось найти новые контакты не только некодирующих, но и кодирующих РНК с хроматином, включая те, которые расположены вдали от мест, где данная РНК считывается. Также они показали на клетках мыши, что метод подходит для изучения специфики взаимодействий в разных типах клеток. Они взяли две некодирующие РНК (одна из них, возможно, связана с шизофренией) и построили карту их взаимодействий с геномом в двух типах клеток: эмбриональных стволовых и предшественников олигодендроцитов (нейроглиальных клеток). Карты получились характерными для данных типов клеток и РНК (рисунок 3).

Исследование подтвердило важную роль длинных некодирующих РНК в регуляции участков генома, удаленных от мест считывания этих РНК. Гибкость метода RADICL-seq позволяет получить дополнительную биологическую информацию при внесении изменений в эксперимент. В частности, дает возможность обнаружить взаимодействия РНК-ДНК, не опосредованные белками хроматина. Наличие таких контактов указывает на роль в регуляции экспрессии генов не только канонических взаимодействий (таких как РНК-ДНК двойные спирали), но и неканонических (триплексов РНК-ДНК-), а также на значение некодирующих РНК в нацеливании белковых комплексов в конкретные места генома.

«Мы планируем дальше исследовать, как РНК участвует в регуляции экспрессии генов, архитектуры хроматина и, в конечном счете, на идентичность клеток. Вполне возможно, что в будущем с помощью этих некодирующих РНК можно будет контролировать активность конкретных генов, что важно, например, для лечения различных заболеваний», — прокомментировала Юлия Медведева, заведующая группой регуляторной транскриптомики и эпигеномики ФИЦ биотехнологии РАН и заведующая лабораторией биоинформатики клеточных технологий МФТИ, руководитель проекта по гранту РНФ.

Теги

Пресс-релизы

Лаборатория ДНК маркеров растений

Мария Павловна Бекетова, с.н.с., канд. биол. наук,

Полина Евгеньевна Дробязина, с.н.с., канд. биол. наук,

Екатерина Андреевна Соколова, с.н.с., канд. биол. наук,

Оксана Алексеевна Фадина, с.н.с., канд. биол. наук

В лаборатории исследуются экономически важные культурные формы Solanum (картофель) и Brassica (рапс, сурепица, капуста и др.) и их дикорастущие сородичи, которые служат источником хозяйственно ценных генов в интрогрессивной селекции. Верифицированные образцы Solanum и Brassica получены из международных генетических коллекций или из селекционных учреждений — оригинаторов сортов. Использование клонов Solanum и дигаплоидов Brassica существенно облегчает сопоставление данных о полиморфизме генов и их фенотипических проявлениях. Рабочие коллекции поддерживаются в виде семян Solanum и Brassica, микроклубней Solanum и образцов ДНК.

Основное внимание уделяется генам, контролирующим переход растений Solanum и Brassica к цветению (хозяйственный признак ранне- или позднеспелости), и генам устойчивости Solanum к фитофторозу (болезнь, вызываемая оомицетом Phytophthora infestans). Для поиска гомологов ключевых генов развития и устойчивости используется метод генов-кандидатов. За последние годы в лаборатории подробно охарактеризован структурный полиморфизм гомологов генов CONSTANS и LEAFY у культурных и дикорастущих форм Solanum (рис. 1 и 2) и Brassica, гена FRIGIDA у растений Brassica (рис.  3) и расоспецифичных R генов устойчивости к P. infestans у растений Solanum (рис. 4). Оказалось, что структурная дивергенция этих генов с образованием независимых локусов предшествовала появлению современных видов Solanum и Brassica. Напротив, аллельный полиморфизм этих генов более позднего происхождения и связан с фенотипическими особенностями развития исследуемых жизненных форм растений или совместной эволюцией растения и патогена.

Эффективность интрогрессивной селекции возрастает при использовании ДНК маркеров генов, контролирующих селекционно-ценные признаки, и маркеров генетического материала видов, используемых как источники этих генов. Создание маркеров генов основано на сравнительном анализе генов-кандидатов. Для конструирования геном- или видоспецифичных маркеров сопоставляют гомологичные участки геномов культурных и дикорастущих видов одного рода, клонированные в нашей лаборатории или найденные в базах генетических данных. Каждый вновь созданный маркер верифицируется секвенированием, а затем проходит испытание путем скрининга большого количества образцов вида, для которого создан маркер, и видов, которые не должны его содержать. Конечным результатом такой работы является создание серии независимых друг от друга SCAR маркеров к известным участкам генома (sequence characterized amplified region). Благодаря простоте и однозначной интерпретации результатов анализа, SCAR маркеры особенно удобны для селекционеров.

Рисунок 5. Увеличить.	Рисунок 6. Увеличить.

На основе полиморфных транслируемых и нетранслируемых последовательностей геномов Solanum создана и испытана серия SCAR маркеров R генов устойчивости к фитофторозу и маркеров генетического материала дикорастущих видов Solanum, которые вовлекаются в процесс селекции картофеля (рис. 5). Такие маркеры надежно отличают культурный картофель от дикорастущих видов Solanum. Созданы SCAR маркеры геномов клубненосных Solanum на основе анонимных повторяющихся последовательностей и последовательностей низкокопийных генов; например, интрона 2 гена LEAFY и генов COS II (рис. 6).

Те же подходы использованы для создания набора SCAR маркеров, различающих геномы A, B и C видов Brassica (рис. 7). С помощью маркеров генома В была подтверждена модель раннего разделения Brassiceae на линии геномов B и A/C с последующей независимой эволюцией (рис. 8).

Рисунок 7. Увеличить.	Рисунок 8. Увеличить.

Специфичные SCAR маркеры генов, геномов и видов Solanum и Brassica позволяют решать многие проблемы сравнительной геномики и филогении растений и могут быть использованы в селекции для скрининга расщепляющихся популяций, проверки подлинности образцов и защиты авторских прав селекционеров. SCAR маркеры хозяйственно ценных генов служат инструментом для поиска новых генов в генетических коллекциях (рис. 9). Так, для создания долговременной устойчивости к фитофторозу необходимо пирамидировать в одном сорте картофеля несколько R генов, обеспечивающих широкий спектр расовой специфичности. Для этого нужны маркеры, которые служат индикаторами устойчивости. Мы показали значимую связь между присутствием SCAR маркеров R генов и высокой устойчивостью дикорастущих и культурных форм картофеля к фитофторозу (рис.  10). Лаборатория участвовала в получении патента на селекционное достижение (№ 6292, сорт картофеля «Вектор») и патента «Способ отбора гибридов картофеля с высокой полевой устойчивостью к фитофторозу», RU № 2560725). Междисциплинарное исследование сложных межвидовых гибридов картофеля (совместно с ВИР и ВНИИФ) позволило предложить принципиально новый подход к созданию сортов картофеля, устойчивых к фитофторозу: упреждающую селекцию, основанную на пуле детально охарактеризованных доноров, несущих большой набор генов устойчивости с широким спектром специфичности и другие хозяйственно ценные гены.

Проекты и гранты 2011-2017 гг.

Проект РФФИ 09-04-00606 «Ключевые гены, регулирующие переход к цветению у растений Brassica и Solanum», 2009-2011 гг.

Проект РФФИ 13-04-00163 «Эволюция NBS-LRR генов устойчивости к фитофторозу у клубненосных видов Solanum», 2013-2015 гг.

Проект 14-04-31613 «Эволюция взаимоотношений растения и патогена: полиморфизм генов эффекторов возбудителя фитофтороза картофеля Phytophthora infestans», 2014-2015 гг.

Проект 16-04-00098 «Молекулярно-генетический анализ взаимодействия растений с патогенами (на примере фитофтороза картофеля)», 2016-2018 гг.

Проект 16-34-01371 «Эволюция гена FRIGIDA, контролирующего переход к цветению растений семейства Brassicaceae», 2016-2017 гг.

Партнерский проект МНТЦ — Службы сельскохозяйственных исследований Мин. земледелия США (ISTC- USDA-ARS #3714) «ДНК маркеры генов устойчивости к фитофторозу картофеля», 2007-2013 гг.

Госконтракт Минобрнауки № 16.М04.12.0007 по теме: «Создание и апробация ДНК-маркеров устойчивости картофеля к фитофторозу», шифр «2011-16-МЦП/15», 2011-2013 гг.

Избранные публикации лаборатории

Дробязина П. Е., Хавкин Э.Е.. Дифференциальная экспрессия двух CONSTANS-LIKE генов у картофеля. Физиол. растений, 2009, 56: 291–294.

Соколова Е.А. и др. ДНК маркеры генов R1 и R3 как предикторы устойчивости к фитофторозу картофеля. Докл. РАСХН, 2010, № 5: 12-15.

Drobyazina P.E., Khavkin E.E. The structure of two CONSTANS-LIKE1 genes in potato and its wild relatives. Gene, 2011, 471, 37–44.

Pankin A.A, Khavkin E.E. Genome-specific SCAR markers help solve taxonomy issues: A case study with Sinapis arvensis (Brassiceae, Brassicaceae). Am. J. Bot., 2011, 98:e54-57.

Pankin A. et al. Allele mining in the gene pool of wild Solanum species for homologues of late blight resistance gene RB/Rpi-blb1. Plant Genet. Resources, 2011, 9, 305-308.

Sokolova E. et al. SCAR markers of the R-genes and germplasm of wild Solanum species for breeding late blight-resistant potato cultivars. Plant Genet. Resources, 2011, 9, 309-312.

Хавкин Э.Е. Устойчивость картофеля к фитофторозу глазами молекулярного биотехнолога. В кн.: Харченко П.Н. (ред.) Проблемы агробиотехнологии, М.: ВНИИСБ, с. 69-92, 2012.

Fadina O.A. et al. Molecular characterization of the flowering time gene FRIGIDA in Brassica genomes A and C genomes A and C. Физиол. растений, 2013, 60: 277-287.

Фадина О.А., Хавкин Э.Е. Ген вернализации FRIGIDA у культурных видов Brassica. Физиол. растений, 2014, 61, 334-342.

Beketova M.P. et al. On molecular identification of Phytophthora infestans genotypes. Russ. Agr. Sci., 2014, 40, 435-438.

Хавкин Э.Е. Фитофтороз картофеля как модель коэволюции в системе патоген — растение-хозяин. Физиол. растений, 2015, 62, 439-451.

Рогозина Е.В. и др. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 816. Клоновая коллекция диких видов картофеля. С. Петербург. 2015. 46 с.

Beketova M. et al. Two orthologues of late blight resistance gene R1 in wild Solanum species and derived potato varieties and hybrids. In: Schepers H.T.A.M. (ed.). PPO-Special Report, Wageningen, DLO Foundation, 2015, no. 17, 213-220.

Fadina O.A. et al. Marker profiles of late blight resistance genes in complex interspecific potato hybrids. In: Schepers H.T.A.M. (ed.). PPO-Special Report, Wageningen, DLO Foundation, 2015, no.17, 195-201.

Sokolova E.A. et al. Virulence and aggressiveness of new Phytophthora infestans isolates collected in North-Western Russia as related to host plant resistance. In: Schepers H.T.A.M. (ed.). PPO-Special Report, Wageningen, DLO Foundation, 2015, no. 17, 229-235.

Кузнецова М.А. и др. Фитопатологическая и молекулярная характеристика изолятов Phytophthora infestans, собранных с устойчивых и восприимчивых генотипов картофеля. Микология и фитопатология, 2016, 50, 175-184.

Соколова Е.А. и др. Молекулярный анализ полиморфизма рас-дифференциаторов Phytophthora infestans. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51, 376-384.

Рогозина Е.В., Хавкин Э.Е. Межвидовые гибриды картофеля как доно¬ры долговременной устойчивости к патогенам. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2017, 21, 30-41.

Фадина О.А. и др. Упреждающая селекция: использование молекулярных маркеров при создании доноров устойчивости картофеля (Solanum tuberosum l.) к фитофторозу на основе сложных межвидовых гибридов. Сельскохозяйственная биология, 2017, 52, 00-00.

Скандальная компания, использующая ДНК для зарисовки лиц преступников

В мае 2019 года Parabon Nanolabs столкнулась с крупными спорами. В то время это была самая известная судебно-генетическая компания на планете. Из своей штаб-квартиры в Рестоне, штат Вирджиния, Parabon почти еженедельно помогал полиции раскрывать уголовные дела, такие как убийство канадской пары в 1987 году и дело молодой женщины, которая подверглась сексуальному насилию и была убита в 1960-х годах.

Компания сделала себе имя, сравнивая ДНК подозреваемых с профилями в генеалогических базах данных и собирая генеалогические деревья, чтобы выследить предполагаемых преступников.

Но затем разразился спор по поводу дела, которое Парабон помог раскрыть, когда подросток жестоко напал на семидесятилетнего жителя в доме собраний мормонов в штате Юта. Дело Юты вызвало негативную реакцию общественности из-за опасений по поводу конфиденциальности.

Специалисты по генеалогии в Parabon находили потенциальных клиентов, просеивая базу данных тестов ДНК под названием GEDMatch, бесплатный веб-сайт, который позволяет пользователям загружать результаты тестов в надежде найти давно потерянных родственников. В то время GEDMatch разрешал правоохранительным органам доступ к профилям для раскрытия убийств и сексуальных посягательств, если только пользователи специально не отказались. Полиция при поддержке Parabon и подобных ей компаний еженедельно производила новые аресты.

Но дело в Юте не было убийством или сексуальным насилием, поэтому на него не распространяется заявление об отказе от ответственности на сайте. Нападавший оставил следы крови на месте происшествия, и детектив, ведущий это дело, Марк Таггарт, обратился с личной просьбой к основателю GEDMatch Кертису Роджерсу о доступе к базе данных. Когда это было удовлетворено, Parabon, которая изначально отказалась от дела, подписалась. Компания проследила несколько частичных совпадений ДНК с людьми, живущими в этом районе, и остановилась на подозреваемом, мальчике-подростке, который был родственником одного из них. Таггарт произвел арест.

Это вызвало немедленную реакцию специалистов по генеалогии, экспертов по конфиденциальности и широкой общественности в связи с нарушением соглашения GEDMatch со своими пользователями. В ответ Роджерс потребовал, чтобы миллионы пользователей сайта специально согласились на использование правоохранительными органами. В одночасье Parabon потеряла основной источник данных ДНК.

Это оказалось сложной задачей для компании и судебной генетической генеалогии. Спустя год ограничения на данные GEDMatch вынудили Parabon продвигаться вперед, ориентируясь на новые элементы управления, ограничивающие доступ к генеалогическим данным. Он также продолжил работу над другой стратегией: попытками использовать ДНК для реконструкции лиц. В то же время он сталкивается с конкуренцией со стороны судебно-генеалогических компаний, которые пытаются заявить о своих правах в этой области.

Parabon признает, что изменение правил в GEDMatch существенно ограничило ее основной источник данных ДНК, но говорит, что это была временная неудача. Он добавляет, что продолжает раскрывать дела, используя данные людей, которые разрешили их использование в уголовных делах.

По мере того, как росло значение криминалистического генетического профилирования, росла и его дурная слава. Специалисты по этике выразили обеспокоенность по поводу использования Китаем генетического профилирования для нацеливания на уйгуров, преимущественно мусульманское меньшинство в северо-западных провинциях страны. В прошлом году правительство США запустило две программы, в рамках которых началось взятие образцов ДНК у задержанных иммигрантов и некоторых просителей убежища. В ноябре прошлого года Министерство юстиции США выпустило руководящие принципы, в которых пытались установить границы использования судебной генетической генеалогии, но опасения по поводу жестокости полиции и системного расизма в отношении чернокожих американцев подняли вопрос о том, обеспечивают ли эти руководящие принципы достаточную защиту цветным людям, которые несоразмерно часто останавливаются полицией и чрезмерно представлены в криминальных базах данных ДНК. Эти юридические, этические и социальные проблемы заставили отраслевых экспертов задуматься о том, что будет дальше с судебной геномикой.

Кертис Роджерс (слева) и Джон Олсон, соавторы базы данных GEDmatch. Фото: Scott Dalton/NYT/Redux/eevine

«Поскольку ДНК настолько мощна, мы склонны рассматривать ее как серебряную пулю», — говорит Ив Моро, биолог и инженер из Католического университета Лёвена в Бельгии. Но правоохранительные органы используют базы данных и методы, не предназначенные для раскрытия преступлений или поиска зацепок, говорит он. «Это как нож — люди недооценивают, насколько они могут быть острыми».

Семейные узы

В декабре 2017 года специалисту по генетической генеалогии Барбаре Рэй-Вентер позвонили, после чего криминалистическая экспертиза генеалогического древа стала достоянием общественности. Она управляла бизнесом, который использовал GEDMatch для поиска давно потерянных родственников клиентов, когда она услышала от калифорнийского детектива, который нашел некоторые старые доказательства ДНК и пытался заново открыть дело Убийцы из Золотого штата, серийного насильника и убийцы, совершившего преступление. ряд преступлений 1970-х и 1980-х годов.

Объединение образцов ДНК с генеалогическими деревьями является основой судебной генетической генеалогии. Процесс основан на простых статистических правилах генетики. Родитель и ребенок или двое братьев и сестер имеют 50% общей ДНК. Бабушки и дедушки и внуки делят 25%. Даже дальние родственники имеют общие небольшие участки ДНК. Это позволяет компаниям потребительского генетического тестирования, таким как Ancestry в Лехе, штат Юта, и 23andMe в Саннивейле, Калифорния, оценивать отношения между двумя людьми, которые представили образцы, вплоть до четвероюродных братьев (у которых есть пара прапрапрапрапрародителей). дедушки и бабушки). Любой желающий может загрузить результаты собственного теста ДНК в такие базы данных, как GEDMatch.

Борьба с геномным надзором

Рэй-Вентер нашла два профиля GEDMatch, которые выглядели как дальние родственники подозреваемого, и использовала эту информацию, чтобы работать в обратном направлении и найти их прадедов. Затем она переместилась во времени, чтобы проследить их потомков, сосредоточившись на Калифорнии во время совершения преступлений. Через два месяца Рэй-Вентер сообщила детективу имена трех братьев. ДНК из сигареты, выброшенной одним из братьев, совпала с образцом, и 24 апреля 2018 года полиция арестовала Джозефа ДеАнджело — первое уголовное дело, раскрытое с использованием этого метода. (ДеАнджело признал себя виновным по нескольким пунктам обвинения в изнасиловании и убийстве и в прошлом месяце был приговорен к пожизненному заключению.)

После ареста ДеАнджело судебные генетики-генеалоги, такие как Рэй-Вентер и СиСи Мур (присоединившиеся к Parabon в мае 2018 года), быстро помогли раскрыть аналогичные дела об изнасилованиях и убийствах. Хотя некоторые специалисты по этике выразили обеспокоенность по поводу конфиденциальности, освещение этих случаев в СМИ было в подавляющем большинстве положительным. «На самом деле я был удивлен, что критики не последовало», — говорит генетик Эллен Макрей Грейтак, руководитель отдела биоинформатики в Parabon.

А потом дело Юты попало в СМИ, и обрушилась критика.

Активное дело

Поздно вечером в субботу, 17 ноября 2018 года, 71-летняя Маргарет Орландо набрала 911 из дома собраний мормонов в Сентервилле, штат Юта. Кто-то бросил камень в окно, забрался внутрь и напал на нее, когда она занималась игрой на органе, и душил ее, пока она не потеряла сознание. Таггарта вызвали на место происшествия, где он обнаружил три капли крови, предположительно от того, что нападавший порезался разбитым стеклом. Профиль ДНК не совпадал ни с кем в государственных и федеральных базах данных, но случайный разговор с другом генеалогом дал Таггарту надежду: если полиция не сможет идентифицировать подозреваемого, возможно, они смогут найти его родственника. Он связался с GEDMatch и получил разрешение на использование сайта.

Точно так же, как Рей-Вентер помог опознать Убийцу из Золотого штата, Парабон предоставил Таггарту три возможных имени, одно из которых он узнал сразу. У человека, который жил рядом с молитвенным домом, было несколько стычек с полицией, и Таггарт обнаружил, что с ним живет 17-летний племянник — племянник, который соответствовал описанию, которое дал органист.

Инструмент Parabon Snapshot использует ДНК для реконструкции лиц. Позднее этот подозреваемый был осужден за 1987 убийство. Предоставлено: Офис шерифа округа Снохомиш/NYT/Redux/eevine

.

На следующий день Таггарту удалось получить образец ДНК из пакета молока, который подозреваемый выбросил в школьный мусор. Это совпало. Так же сделал последующий мазок. Таггарт арестовал подозреваемого (имя которого не разглашается, поскольку он был несовершеннолетним) 24 апреля 2019 года — через год после ареста убийцы из Голден Стэйт. «Это было похоже на сбор пазла», — говорит он.

Вместе с облегчением пришла и огласка. «Мы были немного удивлены тем, насколько положительной была реакция на «Убийцу из Голден Стэйт» и насколько отрицательной была реакция на это, — говорит Грейтак. Она указывает на исследование в PLoS Biology ¹ , в котором говорится, что 90% американцев поддерживают использование полицией судебной генетической генеалогии, и говорится, что небольшая, но активная группа возглавила протест против дела Юты.

Специалист по этике Маттиас Винрот из Университета Нортумбрии в Ньюкасле, Великобритания, видит это иначе. Винрот выразил беспокойство по поводу этого типа обыска почти сразу после того, как стало известно об аресте. По словам Винрота, вы имеете право отказаться от части своей личной жизни, загрузив свой профиль ДНК на такие сайты, как GEDMatch, но эти сайты также ограничивают конфиденциальность некоторых ваших дальних родственников. Действительно, распространение тестов ДНК в домашних условиях сделало некоторые базы данных генетической генеалогии настолько большими, что в 2018 г.0055 Science paper ² подсчитали, что клады могут идентифицировать 60% жителей Северной Америки европейского происхождения, даже если они сами никогда не проходили ни одного из этих тестов. Грейтак и Арментраут говорят, что они загрузили свои собственные результаты в GEDMatch, и их не беспокоит мысль о том, что они могут изобличить дальнего родственника.

«Мы все еще спрашиваем, являются ли эти методы научно обоснованными. Никто не говорит о неудачах — все, что я слышу, — это успехи», — говорит Винрот. Он указывает на тот факт, что полиция Калифорнии сначала преследовала зацепки из другой ветви генеалогического древа, прежде чем осознала свою ошибку и сосредоточилась на ДеАнджело.

Но Грейтак не считает это провалом. Она говорит, что исследовательская генетическая генеалогия никогда не предназначалась для окончательного решения дела. Вместо этого она рассматривает его как инструмент, помогающий правоохранительным органам генерировать потенциальных клиентов.

Номинальная стоимость

Стивен Арментраут основал Parabon в своем подвале, чтобы предоставлять услуги суперкомпьютеров. Первый большой прорыв Parabon произошел в 2011 году, когда молодая компания подала заявку на грант Министерства обороны США (DoD), чтобы попытаться реконструировать внешность человека по его ДНК — метод, называемый фенотипированием ДНК. Министерство обороны хотело разработать технологию для идентификации производителей самодельных взрывных устройств по крошечным количествам ДНК, оставшимся на бомбах, но они также знали, что правоохранительные органы будут в этом заинтересованы. Большинство лабораторий, изучающих фенотипирование ДНК, ищут взаимосвязь между изменениями отдельных букв генетического кода человека, известными как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), и физическими характеристиками, такими как цвет глаз или волос. Но Parabon сформулировал задачу как упражнение по машинному обучению. Его план состоял в том, чтобы собрать большое количество образцов ДНК и фотографий лиц, а также обучить алгоритмы выявлению родственных связей. Парабон получил грант.

Его подход хорошо зарекомендовал себя с большим количеством высококачественной ДНК из образцов крови и мазков со щек. Но криминалистические образцы часто бывают небольшими и испорченными. Когда Арментраут нанял Грейтака в 2014 году, первой целью компании было выяснить, могут ли коммерческие матрицы для генотипирования получать информацию из образцов судебно-медицинской экспертизы. Когда Parabon разослал свой первый образец, руководитель лаборатории позвонил и сказал, что он никогда не будет работать. Для чипов требовалось 200 нанограммов ДНК.

«В мире криминалистики 200 нанограммов — это грузовик», — говорит Арментраут. Parabon прислал образец весом всего 1 нанограмм. Все участники, включая Арментраута и Грейтака, были удивлены, обнаружив, что это сработало. Parabon заявляет, что теперь может секвенировать достаточно SNP, чтобы проследить семейную историю и построить лицо, используя менее 1 нанограмма ДНК. Грейтак говорит, что циклы секвенирования, в которых используются такие скудные количества ДНК, часто оставляют части генетического кода пустыми, потому что образец слишком разложен или слишком разбавлен для чтения. В ответ компания разработала запатентованные алгоритмы, предвосхищающие появление таких белых пятен в своих математических моделях. Грейтак говорит, что ДНК более низкого качества иногда может означать, что прогнозы делаются с меньшей уверенностью, но проблемы возникают редко.

Мигранты задержаны на границе США. Правительство берет ДНК у некоторых просителей убежища. Фото: Joe Raedle/Getty

.
Цель

Parabon была амбициозной: вместо того, чтобы просто сообщить полиции, что у подозреваемого светлые волосы и зеленые глаза, они хотели предоставить всесторонний анализ чьей-то родословной и составной эскиз лица из образца ДНК. Процедура, получившая название Snapshot, была обнародована в декабре 2014 года. Парабон говорит, что с 2018 года полиция раскрыла более 120 дел с помощью их методов генетической генеалогии и фенотипирования (компания отказалась раскрыть общее количество дел, по которым они были расследованы). используется со ссылкой на текущие расследования).

Другие компании также разработали стратегии ДНК-фенотипирования, в том числе ныне не существующая Identitas, которая специализировалась на предсказании внешности с помощью SNP, и Illumina, гигант секвенирования ДНК в Сан-Диего, Калифорния, который отделил свое судебно-медицинское отделение в новая компания Verogen, также в Сан-Диего, в 2017 году.

Рост числа тестов ДНК предков может привести к значительному увеличению проблем с отцовством

Несколько академических лабораторий также исследуют фенотипирование ДНК. В Медицинском центре Университета Эразма в Роттердаме, Нидерланды, Манфред Кайзер (бывший советник Identitas) в 2011 году разработал IrisPlex для предсказания цвета глаз по ДНК 9.0057 3 . С тех пор его команда добавила больше SNP, чтобы зафиксировать больше генетических вариаций и добавить другие идентифицируемые характеристики, такие как цвет и текстура волос. Полиция Нидерландов начала использовать методы Кайзера после того, как они были проверены в научной литературе. Самый известный пример произошел в 2012 году, когда они показали, что изнасилование и убийство 16-летней Марианны Ваатстра, вероятно, не были совершены членом поселения беженцев, расположенного недалеко от места, где было обнаружено ее тело.

В отличие от Parabon, Kayser не пытается сплести воедино различные черты, чтобы попытаться воссоздать лицо человека. Вместо этого он использует индивидуальные черты (скажем, каштановые волосы и карие глаза) в качестве зацепок правоохранительных органов. Он считает Snapshot проблематичным, потому что технология не была оценена в рецензируемой литературе.

«То, что мы знаем о лице, очень ограничено, и эта конкретная компания говорит, что может предсказать это по ДНК. Очень плохо, что они не публикуют, как они это делают и как они это подтверждают», — говорит Кайзер. Кайзер говорит, что ученые опубликовали сотни статей о взаимосвязи между конкретными генетическими вариантами и физическими особенностями, но исследователи до сих пор не знают, как эти индивидуальные черты становятся уникальным человеческим лицом.

Марк Шрайвер, генетик, изучающий фенотипирование ДНК в Университете штата Пенсильвания (штат Пенсильвания) в Юниверсити-парке, говорит, что, поскольку влияние происхождения на внешний вид лица настолько сильно, он подозревает, что данные Parabon создают набор средних, общих лица, которые компания затем настраивает, чтобы заполнить пробелы. Не видя данных и алгоритмов, которые компания использует в своей системе машинного обучения, Шрайвер говорит: «Мы не знаем, лучше ли их способность оценивать внешний вид лица, чем случайность, или это приближение, основанное на том, что мы знаем о происхождении». ».

Арментраут говорит, что Parabon не нужно знать, как каждый ген влияет на внешний вид, чтобы создать образ лица; он говорит, что ассоциации между SNP и лицами в базе данных компании достаточно хороши для ее математических моделей, и что удовлетворение полицейского управления — все, что ему нужно. Арментраут говорит, что тот факт, что фирма не публикует информацию, не означает, что ее метод ошибочен. «Мы не занимаемся написанием статей, — говорит он. «Результаты говорят сами за себя.» Но Шрайвер говорит, что арест не означает, что Snapshot работает так, как утверждает Parabon. По его словам, у полиции также нет строгого способа показать, что профиль Snapshot соответствует их подозреваемому.

Судебное будущее

В то время как Parabon добавляла фенотипирование ДНК в свой портфель, другие компании, включая Verogen и коммерческую компанию по тестированию ДНК FamilyTreeDNA в Хьюстоне, штат Техас, начали исследовать воду с помощью судебной генетической генеалогии. В декабре прошлого года Verogen объявила о покупке GEDMatch, у которой теперь есть 280 000 из 1,45 миллиона профилей ДНК, выбранных для полицейских обысков. Генеральный директор Бретт Уильямс говорит, что Verogen признала GEDMatch краеугольным камнем судебной генетической генеалогии и хотела защитить доступ компании. Что это означает для Parabon и миллионов частных пользователей GEDMatch, еще неизвестно, но Уильямс говорит, что стремится найти баланс между конфиденциальностью и безопасностью. «У вас есть право на неприкосновенность частной жизни. У вас также есть право не быть убитым или изнасилованным», — говорит Уильямс. Однако в июле этого года GEDMatch был взломан, и настройки отказа пользователей были изменены на несколько часов, что потенциально могло подвергнуть их данные поиску правоохранительных органов без их согласия. В заявлении Verogen говорится, что он отключил GEDMatch «до тех пор, пока мы не сможем быть абсолютно уверены, что пользовательские данные защищены от потенциальных атак».

Усиленный анализ ДНК на месте преступления вызывает опасения по поводу конфиденциальности

Были попытки получить доступ к профилям пользователей и по официальным каналам. Детектив из Орландо, штат Флорида, объявил в октябре прошлого года, что он получил ордер на обыск, чтобы использовать все профили GEDMatch, чтобы попытаться найти родственников по ДНК, оставленной подозреваемым. Генеалогическая компания Ancestry успешно оспорила ордер на обыск в Пенсильвании в феврале этого года. Уильямс говорит, что будет бороться против любых ордеров, которые Verogen получит в будущем. Тем временем Министерство юстиции США выпустило временные инструкции, чтобы помочь полиции в использовании судебной генетической генеалогии, разрешая использовать эту технологию только для серьезных насильственных преступлений, таких как изнасилование и убийство, и только после того, как другие версии были исчерпаны. Примечательно, что в документе указывается, что подозреваемых нельзя арестовывать только на основании генеалогии — для установления окончательного совпадения необходимо использовать обычную судебно-медицинскую генетику.

Социолог Хелена Мачадо из Университета Минью в Браге, Португалия, не против использования правоохранительными органами генетической генеалогии или фенотипирования ДНК, но говорит, что она обеспокоена тем, что работа, связывающая генеалогию и преступность, может привести к предубеждениям против определенных семей или этнических групп. . «Это может укрепить идею о том, что в некоторых семьях преступность выше, — говорит она. Чрезмерный акцент на связях между генетикой и преступностью означает, что исследователи могут с меньшей вероятностью сосредоточиться на социальных и экономических факторах, ведущих к правонарушениям.

И Арментроут, и Кайзер говорят, что ДНК-технологии могут помочь уменьшить предвзятость полиции, предоставляя конкретные доказательства, подтверждающие свидетельства очевидцев, и что фенотипирование ДНК может уменьшить расовое профилирование, предоставляя полиции более подробную информацию о внешности потенциального подозреваемого.

Но социолог Амаде М’Харек из Амстердамского университета считает, что такое мнение наивно, особенно учитывая масштабы жестокости полиции по отношению к представителям расовых меньшинств. «Если мы не знаем человека, часто все, что мы видим, — это раса», — говорит она.

Опасения М’чарека небезосновательны: эти технологии уже используются для преследования и дискриминации людей из групп меньшинств, говорит Моро. Министерство внутренней безопасности США объявило в январе, что его подразделение иммиграционной и таможенной службы (ICE) запустило пилотную программу по сбору ДНК задержанных иммигрантов и загрузке полученных последовательностей в официальную базу данных судебно-медицинской экспертизы ДНК Федерального бюро расследований, Объединенный индекс ДНК. Система (КОДИС). Эта инициатива присоединилась к прошлогоднему объявлению о том, что служба внутренней безопасности будет использовать «быструю технологию ДНК», чтобы проверить, являются ли семьи, ходатайствующие о предоставлении убежища, родственниками. (ICE не ответила на запросы о комментариях.)

На северо-западе Китая официальные лица используют генетическое происхождение для идентификации представителей уйгурского меньшинства. В июле 2017 года в рамках китайской программы «Медицина для всех» правительство начало собирать снимки радужной оболочки глаза, отпечатки пальцев и образцы ДНК всех лиц в возрасте от 12 до 65 лет в Синьцзян-Уйгурском автономном районе. Программа подверглась критике со стороны правозащитных групп. В сообщениях из Синьцзяна от неправительственной организации Human Rights Watch в Нью-Йорке сообщается, что на сегодняшний день более миллиона уйгуров помещены в лагеря для задержанных. «Когда вы предоставляете какой-либо власти такую ​​важную информацию и такие сильные рычаги против отдельных лиц, вы начинаете очень и очень беспокоиться о том, какую форму примет общество», — говорит Моро. «Вы заносите людей в базу данных, потому что хотите их контролировать». Некоторые китайские ученые, говорит Моро, также работают над превращением ДНК уйгуров в лицевые портреты, как это делает Snapshot. Parabon заявляет, что не участвует в китайских исследованиях.

Несмотря на разногласия по делу Юты — или, возможно, из-за него — Роджерс с оптимизмом смотрит в будущее генетических методов в криминалистике. «Я думаю, что со временем — и, вероятно, не очень долго — люди признают, что правоохранительные органы используют генетическую генеалогию, и этого не следует бояться», — говорит он.

Таггарт, со своей стороны, не жалеет об использовании GEDMatch. Подозреваемый, на котором он остановился, признал себя виновным и все еще находится под стражей, и Таггарт уверен, что так его сообщество будет в большей безопасности. «Я считаю, что Кертис Роджерс, сделав это для нас, спас жизнь».

Диаграмма ДНК | Бесплатные шаблоны диаграмм ДНК

Список лабораторного оборудования

64703

211

Схема клеток растений

19550

173

Диаграмма сердца

18805

156

Схема пищевой сети

11966

154

Сечение створки

7800

127

Глазковая диаграмма

7647

142

Рабочий лист лабораторного оборудования

7333

153

Солнечная система

6212

142

Рабочий лист по использованию лабораторного оборудования

5634

145

Диаграмма клеток животных

5467

143

Схема устьиц

4861

137

Поперечное сечение створки 3D

4848

138

Части установки

4630

124

Мукор Диаграмма

4492

136

Фотосинтез

4435

135

Схема дерева химических реакций

4284

139

Лабораторный лист безопасности

3669

134

Схема артерии и вены

3610

129

Жизненный цикл лягушки

3495

130

Типы химических реакций

3302

135

Фазы Луны

3078

127

Зона температуры земли

3009

131

Как формируются радуги

2742

132

Диаграмма частоты волны

2674

133

Диаграмма мозга

2650

128

Диаграмма фазового перехода

2464

134

Диаграмма медоносной пчелы

2443

28

Схема семян

2426

128

Химический эксперимент средней школы

2399

133

Диаграмма Хассе

2268

25

Скачать бесплатно шаблоны научных иллюстраций онлайн

Делитесь, открывайте и обновляйте шаблоны научной иллюстрации в профессиональном сообществе по обмену контентом.