ДНК-ТИПИ́РОВАНИЕ

Электрофореграмма двух амплифицированных фрагментов ДНК: аллели локусов 3’A’poB (дорожки 1–3) и D1S80 (дорожки 4–6) у семейной группы мать (дорожки 1, 4), ребёнок (дорожки 2, 5), отец (дорожки 3, 6). ...

ДНК-ТИПИ́РОВАНИЕ (мо­ле­ку­ляр­но-ге­не­ти­че­ская ин­ди­ви­дуа­ли­за­ция ор­га­низ­мов, ДНК-ин­ди­ви­дуа­ли­за­ция), спо­соб ис­сле­до­ва­ния ге­не­тич. ма­те­риа­ла, на­прав­лен­ный на вы­яв­ле­ние и оцен­ку ин­ди­ви­ду­аль­ных ге­не­тич. осо­бен­но­стей био­ло­гич. объ­ек­та. Цель та­ко­го ис­сле­до­ва­ния – ус­та­нов­ле­ние сход­ст­ва (или раз­ли­чий) раз­ных ор­га­низ­мов для оп­ре­де­ле­ния сте­пе­ни их род­ст­ва.

Ме­тод ДНК-т. ос­но­ван на су­ще­ст­во­ва­нии раз­ли­чий в струк­ту­ре ДНК у раз­ных ин­ди­ви­дуу­мов. Это ка­са­ет­ся т. н. ги­пер­ва­риа­бель­ных уча­ст­ков, об­ла­даю­щих струк­тур­ным по­ли­мор­физ­мом (име­ют неск. ал­лель­ных форм). В их фор­ми­ро­ва­нии гл. роль иг­ра­ют от­но­си­тель­но ко­рот­кие нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти, по­лу­чив­шие назв. ми­ни­са­тел­лит­ные и мик­ро­са­тел­лит­ные ДНК, со­стоя­щие со­от­вет­ст­вен­но из 15–70 и 2–5 пар нук­лео­ти­дов. Эти по­сле­до­ва­тель­но­сти рас­сея­ны по ге­но­му в ви­де бло­ков (ло­ку­сов) и име­ют тан­дем­ную ор­га­ни­за­цию (мно­го­крат­но сле­ду­ют друг за дру­гом). Чис­ло тан­дем­ных по­вто­ров (и, сле­до­ва­тель­но, дли­на са­мих ло­ку­сов) варь­и­ру­ет в пре­де­лах от 2–4 до не­сколь­ких ты­сяч. На­ли­чие по­вто­ряю­щих­ся эле­мен­тов в та­ких го­мо­ло­гич­ных са­тел­лит­ных бло­ках и обу­слов­ли­ва­ет струк­тур­ный по­ли­мор­физм этих ло­ку­сов, про­яв­ляю­щий­ся, в ча­ст­но­сти, как фе­но­мен по­ли­мор­физ­ма дли­ны ре­ст­рик­таз­ных фраг­мен­тов (ПДРФ). Та­кие фраг­мен­ты об­ра­зу­ют­ся по­сле фер­мен­та­тив­но­го рас­ще­п­ле­ния ДНК ре­ст­рик­та­за­ми (внут­ри по­вто­ров рас­ще­п­ле­ния не про­ис­хо­дит из-за осо­бен­но­стей их нук­лео­тид­но­го со­ста­ва). В пер­во­на­чаль­ных ва­ри­ан­тах ДНК-т. фраг­мен­ты ДНК раз­де­ля­ли элек­тро­фо­ре­зом в ага­роз­ном ге­ле, а за­тем по­лу­ча­ли от­пе­ча­ток это­го ге­ля на мем­бран­ном фильт­ре. По­след­ний ин­ку­би­ро­ва­ли в рас­тво­ре, со­дер­жа­щем спе­ци­аль­но по­доб­ран­ные зон­ды – фраг­мен­ты ДНК, ме­чен­ные ра­дио­изо­то­пом. Со­дер­жа­щие ком­пле­мен­тар­ные зон­ду уча­ст­ки ис­сле­дуе­мой ДНК свя­зы­ва­лись (гиб­ри­ди­зо­ва­лись) с ним и вы­яв­ля­лись с по­мо­щью ра­дио­ав­то­гра­фии. Т. о. на ра­дио­чув­ст­ви­тель­ной плён­ке в ви­де на­бо­ра по­лос иден­ти­фи­ци­ро­ва­лись сра­зу все мик­ро- и ми­ни­са­тел­ли­ты ге­ном­ной ДНК, го­мо­ло­гич­ные ис­поль­зуе­мо­му зон­ду. По ана­ло­гии с ана­ли­зом дак­ти­ло­ско­пич. от­тис­ка (ри­сун­ком па­пил­ляр­ных ли­ний) поя­вил­ся тер­мин «ге­не­ти­че­ская, или ге­ном­ная, дак­ти­ло­ско­пия». Ка­ж­дый ин­ди­ви­ду­ум име­ет свой ге­ном­ный «от­пе­ча­ток», ко­то­рый ха­рак­те­ри­зу­ет­ся оп­ре­де­лён­ным чис­лом по­лос (до не­сколь­ких де­сят­ков), их рас­по­ло­же­ни­ем на до­рож­ке и ин­тен­сив­но­стью по­чер­не­ния ка­ж­дой из по­лос. Чем боль­ше род­ст­во, тем боль­ше сов­па­де­ний. Вся кар­ти­на об­на­ру­жи­ва­ет да­же бо­лее вы­со­кую ин­ди­ви­ду­аль­ную спе­ци­фич­ность, чем па­пил­ляр­ные узо­ры, и по­это­му мо­жет слу­жить «ге­не­тич. удо­сто­ве­ре­ни­ем» лич­но­сти. У кров­ных род­ст­вен­ни­ков чис­ло со­в­па­даю­щих по­лос за­мет­но боль­ше, у близ­не­цов они иден­тич­ны.

Раз­ра­бот­ка ме­то­да (кон. 1980-х гг.) по­ли­ме­раз­ной цеп­ной ре­ак­ции (ПЦР) по­зво­ли­ла раз­мно­жать (ам­пли­фи­ци­ро­вать) лю­бую по­сле­до­ва­тель­ность ДНК, по­лу­чать де­сят­ки и сот­ни мил­лио­нов её ко­пий и ис­поль­зо­вать для мо­ле­ку­ляр­но-ге­не­тич. ана­ли­за ис­че­заю­ще ма­лые ко­ли­че­ст­ва био­ло­гич. ма­те­риа­ла. По­яви­лась воз­мож­ность срав­ни­вать дли­ну отд. це­лых ло­ку­сов ми­ни­са­тел­лит­ных ДНК, не под­вер­гая их пред­ва­ри­тель­но­му фер­мен­та­тив­но­му рас­щеп­ле­нию, т. е. осу­ще­ст­в­лять ана­лиз по­ли­мор­физ­ма дли­ны ам­пли­фи­ци­ро­ван­ных фраг­мен­тов (ПДАФ). По­сле раз­де­ле­ния про­дук­тов ПЦР элек­тро­фо­ре­зом их по­ло­же­ние в ге­ле вы­яв­ля­ют с по­мо­щью спец. кра­си­те­лей, флуо­рес­цент­ных ме­ток и др. Раз­ра­бо­та­ны так­же т. н. муль­ти­плекс­ные ам­пли­фи­ка­ци­он­ные сис­те­мы, ко­то­рые по­зво­ля­ют од­но­вре­мен­но ана­ли­зи­ро­вать ПДАФ сра­зу не­сколь­ких ло­ку­сов (их мо­жет быть бо­лее де­ся­ти). В этом слу­чае ам­пли­фи­ка­ци­он­ный про­филь ДНК, соз­да­вае­мый уже сум­мой ло­ку­сов, ока­зы­ва­ет­ся чрез­вы­чай­но по­ли­морф­ным (яв­ля­ет­ся ком­би­на­ци­ей не­сколь­ких не­за­ви­си­мых по­ли­морф­ных эле­мен­тов), но обес­пе­чи­ва­ет очень вы­со­кую дос­то­вер­ность ана­ли­за.

Ва­риа­бель­ность в струк­ту­ре по­ли­морф­ных ге­нов ми­ни- и мик­ро­са­тел­лит­ных ДНК мо­жет быть обу­слов­ле­на так­же то­чеч­ны­ми нук­лео­тид­ны­ми за­ме­на­ми. Та­кие ло­ку­сы раз­ли­ча­ют­ся толь­ко по нук­лео­тид­но­му со­ста­ву. В этом слу­чае оп­ре­де­ля­ют пер­вич­ную струк­ту­ру ам­пли­фи­ци­ро­ван­ных фраг­мен­тов (см. Се­к­ве­ни­ро­ва­ние). Наи­бо­лее раз­ра­бо­тан­ным ме­то­дом ДНК-т., ос­но­ван­ным на се­к­ве­ни­ро­ва­нии фраг­мен­тов, яв­ля­ет­ся ана­лиз ми­то­хон­д­ри­аль­ной ДНК (мтДНК), ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет­ся вы­со­ким уров­нем по­ли­мор­физ­ма, на­ли­чи­ем боль­шо­го чис­ла ко­пий, от­сут­ст­ви­ем ре­ком­би­на­ции и ма­те­рин­ским ха­рак­те­ром на­сле­до­ва­ния (за­ро­дыш по­лу­ча­ет ми­то­хон­д­рии толь­ко из яй­це­клет­ки). Всё это по­зво­ли­ло ши­ро­ко ис­поль­зо­вать мтДНК в по­пу­ля­цион­ных и фи­ло­ге­не­тич. ис­сле­до­ва­ни­ях, а в не­ко­то­рых слу­ча­ях сде­ла­ло её един­ст­вен­но воз­мож­ным ин­ст­ру­мен­том для ДНК-т.; напр., ко­гда ДНК, со­дер­жа­щая­ся в об­раз­це, силь­но де­гра­диро­ва­на, а хро­мо­сом­ная ДНК не мо­жет быть ам­пли­фи­ци­ро­ва­на. На­сле­до­ва­ние по ма­те­рин­ской ли­нии и от­сут­ст­вие ре­ком­би­на­ции по­зво­ля­ют ис­поль­зо­вать мтДНК в ка­че­ст­ве т. н. «трас­си­рую­ще­го» ро­до­слов­но­го ге­не­тич. мар­ке­ра. Это осо­бен­но важ­но при ус­та­нов­ле­нии род­ст­ва в тех слу­ча­ях, ко­гда ге­не­тич. дис­тан­ция, раз­де­ляю­щая род­ст­вен­ни­ков, ока­зы­ва­ет­ся боль­ше, чем од­но по­ко­ле­ние. Яр­ким при­ме­ром ис­поль­зо­ва­ния мтДНК для ДНК-т. яви­лась ра­бо­та рос., брит. и амер. учё­ных по иден­тифи­ка­ции ос­тан­ков рос. имп. се­мьи в 1992–98. Позд­нее ана­лиз мтДНК был мно­го­крат­но ис­поль­зо­ван для ин­ди­ви­дуа­ли­за­ции ко­ст­ных и му­ми­фи­цир. ос­тан­ков, воз­раст ко­то­рых ис­чис­ля­ет­ся де­сят­ка­ми, сот­ня­ми и да­же де­сят­ка­ми ты­сяч лет.

Ме­то­дом ДНК-т. поль­зу­ют­ся в кри­ми­на­ли­сти­ке для иден­ти­фи­ка­ции лич­но­сти и ус­та­нов­ле­ния родств. от­но­ше­ний, а так­же в ме­ди­ко-био­ло­гич. ана­ли­зе. В ге­не­ти­ке и се­лек­ции с.-х. жи­вот­ных и рас­те­ний этот ме­тод ис­поль­зу­ют для пас­пор­ти­за­ции и от­бо­ра чис­то­по­род­но­го по­том­ст­ва жи­вот­ных, ти­пи­ро­ва­ния сор­тов рас­те­ний, оп­ре­де­ле­ния меж­ви­до­вых и меж­сор­то­вых раз­ли­чий, а в прак­тич. бак­те­рио­ло­гии и эпи­де­мио­ло­гии – для иден­ти­фи­ка­ции бак­те­ри­аль­ных штам­мов. ДНК-т. мож­но ис­поль­зо­вать при изу­че­нии струк­тур­но-­функ­цио­наль­ных осо­бен­но­стей ге­не­тич. ап­па­ра­та и яв­ле­ний ге­ном­ной не­ста­биль­но­сти при нор­маль­ном функ­цио­ни­ро­ва­нии кле­ток и па­то­ге­не­зе, в по­пуля­ци­он­ной и эво­лю­ци­он­ной ге­не­ти­ке.