Vedeli ste, že DNA je molekula, zložená z lineárnej postupnosti základných stavebných jednotiek – tzv. báz – ktoré sú štyri, a sú označované skratkami svojich názvov, písmenami A, C, G a T? Že ľudská DNA sa skladá z dovedna vyše troch miliárd (3 x 109) báz? Takže istý úsek molekuly DNA môže vyzerať napríklad takto:
…..G G C T A C C T G A T T….
V skutočnosti je ale molekula DNA dvojvláknová, teda k uvedenému vláknu prislúcha v DNA druhé, tzv. komplementárne vlákno.Ak by sme vedľa seba položili DNA dvoch ľudí, zistíme, že na väčšine pozícií sa u obidvoch nachádza rovnaká báza, to isté písmeno. No približne jedna báza z tisíca sa odlišuje; na nasledujúcom príklade má jedinec 1 na ôsmej pozícii T, kým jedinec 2 tam má C:
„Keďže ľudská DNA sa skladá z troch miliárd báz, a priemerne v každej tisícej (103) báze sa dvaja jedinci od seba odlišujú, medzi dvomi ľuďmi musíme očakávať približne 3 milióny (3 x 109 : 103) odlišností v sekvencii DNA. To je postačujúci počet odlišností na jednoznačnú identifikáciu každého jedinca,“ vysvetľuje doc. RNDr. Vladimír Ferák, CSc., ktorý už 25 rokov pôsobí ako súdny znalec z odboru genetika, odvetvie analýza DNA.
Istú dobu tiež zastával pozíciu vedúceho Katedry molekulárnej biológie na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave a dve funkčné obdobia bol aj dekanom fakulty. Ako ďalej vysvetľuje expert, metóda DNA identifikácie umožňuje identifikovať jedinca, ktorý je pôvodcom analyzovanej biologickej stopy. „Či je tento jedinec páchateľom trestného činu, to analýza DNA neprezradí – to zväčša vyplýva z okolností trestného činu. Touto metódou sa neidentifikujú iba páchatelia trestných činov, ale často aj ich obete alebo obete prírodných katastrof, prípadne teroristických útokov, leteckých katastrof, únosov a podobne.“
Doc. RNDr. Vladimír Ferák, CSc. pokračuje vo vysvetľovaní, že tento postup sa na individuálnu identifikáciu v praxi používa len vo veľmi obmedzenom rozsahu. „Bol by totiž nesmierne nákladný a zdĺhavý. V každej analyzovanej vzorke DNA by bolo potrebné stanoviť sekvenciu celej DNA, teda všetkých troch miliárd báz – a to je jednak veľmi drahé, jednak časovo náročné. Analýza jedinej vzorky by dnes stála desaťtisíce eur a zabrala niekoľko týždňov práce; ešte pred niekoľkými rokmi, kým ceny neklesli na dnešnú úroveň, by stála milióny eur a zabrala mnoho mesiacov práce.“
Preto sa podľa neho porovnávanie sekvencie DNA v praxi obmedzuje na situácie, keď stačí porovnávať krátke úseky DNA, ktoré sú však dostatočne variabilné a umožňujú ak aj nie jednoznačnú, tak aspoň dostatočne presnú identifikáciu. „Takýmto krátkym, ale pritom dostatočne variabilným úsekom je takzvaná mitochondriálna DNA, ktorá sa prenáša z matky na jej deti (z otca nie), takže porovnávanie sekvencie tejto DNA sa využíva najčastejšie pri identifikácii jedincov (napríklad obetí živelných katastrof) pomocou porovnávania s rodičmi alebo inými blízkymi príbuznými.“
Ako ale odborník tvrdí, štandardne sa na individuálnu DNA identifikáciu využívajú úseky DNA, ktoré obsahujú tzv. krátke tandemové opakovania, STR (z anglického „short tandem repeats“). „To sú úseky DNA, v ktorých sa určitá krátka sekvencia báz – napr. sekvencia C T T A – opakuje viac razy za sebou, pričom v počte opakovaní tejto sekvencie sú medzi ľuďmi rozdiely.“
Schematicky (pre lepšiu prehľadnosť je každá druhá krátka sekvencia vytlačená hrubo):
| Jedinec 1 | …..C T T A C T T A C T T A C T T A….. |
3 opakovania |
| Jedinec 2 | …..C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A….. |
6 opakovaní |
| Jedinec 3 | …..C T T A C T T A….. |
2 opakovania |
| Jedinec 4 | …..C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A….. |
5 opakovaní |
Aký je biologický význam týchto krátkych tandemových opakovaní, teda načo ich v DNA máme, zatiaľ nevieme, uvádza doc. RNDr. Vladimír Ferák, CSc. „Je ich však v ľudskej DNA veľmi veľa, a na niektorých STR úsekoch môže byť veľa rozličných variantov, teda veľa rozličných počtov opakovaní základného sekvenčného motívu.“
Vo vyššie uvedenom prípade sú podľa neho štyri rozličné varianty (v genetickej terminológii sa tieto varianty nazývajú alely), ktoré bežne označujeme počtom opakovaní základnej sekvencie, teda v našom príklade ide o alely 3, 6, 2 a 5. „Lenže každý človek má tento STR úsek dvakrát: jeden zdedil od matky, druhý od otca. Má teda dve alely tohto STR úseku, takže môže mať jednu z nasledujúcich kombinácií: (3, 3), (3, 6), (3, 2), (3, 5), (6, 6), (6, 2), (6, 5), (2, 2), (2, 5), (5, 5). Je to teda 10 rozličných možností. Ibaže na väčšine STR úsekov je oveľa viac alel než štyri, a vtedy počet rozličných dvojkombinácií (v genetickej terminológii genotypov) dramaticky narastá. Napríklad pri desiatich alelách je to už 55 rozličných genotypov a pri dvadsiatich alelách dokonca až 210 genotypov.“
Odborník uvádza, že dnes sa pri kriminalistickej identifikácii vyšetruje najčastejšie 10 až 16 STR úsekov, z ktorých väčšina má najmenej 6 – 7, niektoré však až 30 rozličných alel. „Počet rozličných možných kombinácií je vtedy obrovský, smelo môžeme povedať, že z praktického hľadiska je nekonečný. Napríklad pri dnes štandardne používanom súbore 16 STR úsekov sa počet teoreticky možných kombinácií (tzv. DNA profilov) rovná číslu 1017, čo je nesmierne veľké číslo: jednotka, nasledovaná sedemnástimi nulami. Pre názornosť: je to väčšie číslo ako počet sekúnd (sekúnd!), ktoré uplynuli od vzniku vesmíru ´veľkým treskom´ pred 13,3 miliardami rokov! Je teda isté, že žiadni dvaja jedinci na zemi – s výnimkou jednovaječných dvojčiat – nemôžu mať rovnakú kombináciu alel na všetkých šestnástich vyšetrovaných STR úsekoch.“
V praxi sa podľa doc. RNDr. Vladimíra Feráka, CSc. pri DNA identifikácii pomocou STR úsekov nestanovuje sekvencia báz týchto úsekov, ale sa určitým spôsobom meria ich dĺžka. „Tá sa potom prevedie na počet opakovaní základného sekvenčného motívu. Meranie dĺžky konkrétneho úseku DNA je metodicky oveľa jednoduchšie ako určenie jeho sekvencie a moderné metódy analýzy DNA umožňujú túto dĺžku merať s absolútnou presnosťou, teda s presnosťou na jednu jedinú bázu. Automatizované zariadenia, nazývané génové analyzátory, dovoľujú stanoviť dĺžku viacerých STR úsekov súčasne, takže nimi možno vyšetriť všetkých 16 štandardne používaných STR úsekov naraz,“ uvádza doc. RNDr. Vladimír Ferák, CSc.
V súčasnosti si aj stredoškoláci môžu vyskúšať, ako vyzerá analyzovanie vzorky DNA odobranej z miesta činu, následná tzv. restrikčná analýza, teda štiepenie DNA či porovnanie získaného profilu páchateľa s profilmi piatich podozrivých a identifikácia delikventa. Vďaka zaujímavému experimentu sa priamo v priestoroch svojej strednej školy aspoň na chvíľu môžu stať vyšetrovateľmi závažného trestného činu – forenznými genetikmi. Presne takéto napätie i vedecké vzrušenie im ponúka projekt Univerzity Komenského v Bratislave Genetika na kolesách, ktorý realizujú vedci i doktorandi Katedry genetiky Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave.
Vznikol v minulom roku ako súčasť projektu KEGA. „Už v minulosti sme na katedre realizovali projekty, v rámci ktorých prichádzali do našich laboratórií stredoškoláci z celého Slovenska. Nikdy sme však nedokázali uspokojiť záujem všetkých študentov. Preto sme sa rozhodli vybrať sa priamo za nimi s našim mobilným laboratóriom,“ približuje projekt jeho iniciátorka doc. RNDr. Andrea Ševčovičová, PhD.
Forenzný experiment, ktorý si genetici Univerzity Komenského v Bratislave pripravili pre stredoškolákov, trvá dve vyučovacie hodiny. „Musím študentov pochváliť, pretože doteraz sa na všetkých školách podarilo páchateľa odhaliť,“ dodáva s úsmevom doc. Ševčovičová. Pre študentov, ktorých tieto cvičenia zaujmú, budú pracovníci Katedry genetiky organizovať počas letných prázdnin týždňové letné sústredenie v laboratóriách katedry. Počas neho budú môcť pokračovať v experimentálnej činnosti, vyskúšať si náročnejšie metódy i prácu so špičkovými prístrojmi.
Do projektu sa môžu hlásiť stredné školy formou krátkej videopozvánky. Do prvého kola sa prihlásilo 30 škôl, z ktorých bolo vybraných osem. „Ďalším školám sme ponúkli, že prídeme urobiť aspoň prednášku a mnohí túto možnosť uvítali. Doteraz (od októbra 2016) sme s praktickými cvičeniami navštívili štyri stredné školy na Slovensku – v Komárne, Vranove nad Topľou, Humennom a Prešove. Na gymnáziu v Gelnici sme boli urobiť prednášku a Spojená škola Tilgnerova z Bratislavy prišla k nám na fakultu,“ hovorí doc. Ševčovičová.
V rámci projektu Genetika na kolesách tak doteraz bolo absolvovaných cca 1 350 km a laboratórne cvičenie si vyskúšalo 129 študentov. Sprievodnou aktivitou projektu sú aj workshopy pre učiteľov biológie o nových trendoch vo výučbe genetiky, na ktorých sa zúčastnilo 26 pedagógov.
Viac informácií o projekte, ako aj videá zapojených stredných škôl nájdete na webovej stránke projektu
Informácie poskytli: doc. RNDr. Vladimír Ferák, CSc., súdny znalec z odboru genetika a PhDr. Andrea Földváryová, vedúca Oddelenie vzťahov s verejnosťou Univerzita Komenského v Bratislave
Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR
Foto: Oddelenie vzťahov s verejnosťou Univerzita Komenského v Bratislave
Ilustračné foto: Pixabay.com
Uverejnila: ZVČ