Микрофлюидная технология может ускорить судмедэкспертизу при расследовании случаев сексуального насилия

Авторы статьи в Advanced Science предложили оригинальный подход к обработке образцов, из которых надо выделить ДНК для идентификации личности человека, совершившего сексуальное насилие. Микрофлюидная технология подходит для автоматизированного применения.

В последние годы активно обсуждаются технологии «быстрой ДНК» (rapid DNA) в судебно-медицинской экспертизе, которые позволяют проводить идентификацию прямо в полицейском участке и за очень короткое время — один два часа или менее, чтобы в случае положительного результата немедленно задержать подозреваемого. В существующих системах для rapid DNA автоматизированы экстракция, очистка, амплификация ДНК, электрофорез ампликонов, но автоматизация анализа образцов, содержащих ДНК более чем одного человека, остается проблемой. Между тем биообразцы, связанные с сексуальным насилием, содержат ДНК преступника и жертвы. Это усложняет идентификацию личности по коротким тандемным повторам (STR), применяемую в криминалистике. Обычно образец отправляют в лабораторию, где есть возможность отделить сперматозоиды от других видов биоматериала. Результата приходится ждать дни или даже недели, что затрудняет раскрытие преступления и наказание виновного.

Образцы, содержащие смесь ДНК, встречаются также идентификации жертв катастроф и в других случаях. Интерпретировать данные, полученных из смешанных образцов без разделения биоматериалов, в принципе возможно, но для этого нужен высококвалифицированный специалист, умеющий применять современные алгоритмы/ПО для деконволюции.

Ранее были предложены различные методы разделения биоматериала, происходящего из разных источников, включая методы микроманипуляции, лазерной микродиссекции, сортировки клеток. Но они требуют квалифицированного оператора и низкопроизводительны, таким образом, не решают проблему времени.

Классическое решение вопроса, дифференциальная экстрация (ДЭ), было предложено еще в 1985 году, в статье основоположников ДНК-идентификации человека Питера Гилла, Алека Джеффриса и Дэвида Уэррета. Но ДЭ также занимает многие часы, несмотря на все предложенные улучшения (например, дифференциальное расщепление, или differential digestion, DD), а неопытность аналитика может привести к потере мужской ДНК.

Исследователи из Университета Торонто, Торонтского центра судмедэкспертизы (Канада) и компании ANDE Corporation (США) разработали подход на основе цифровой микрофлюидики, который в перспективе позволит создать устройство для отделения мужской ДНК вне лаборатории. Цифровая микрофлюидика (DMF) — это техника, при которой жидкий образец обрабатывается на субстрате без микроканалов, в отличие от обычной микрофлюидики. Жидкий образец помещают на чип с электродами, покрытый диэлектриком и гидрофобным слоем. Перемещением, слиянием и разделением капель управляют электростатические силы. Технология называется «цифровой», так над каждым электродом может быть (1) или не быть (0) капля аналита.

Авторы разработали протокол для цифровой микрофлюидики DD (DMF-DD) и проверили его эффективность для вагинальных мазков, содержащих сперму. Оценивали чистоту и количество мужской ДНК, полученной таким образом, а также уровень ее деградации. Если образец был взят менее чем через 12 часов после полового акта, удавалось получить профили STR из одного источника (мужские). Через сутки-трое были получены смешанные профили, что, по мнению авторов, указывает на возможности для дальнейшей оптимизации. Протокол DMF-DD сократил количество операций, выполняемых вручную, с 13 до пяти.

«Наш план — разработать инструмент, который будет делать за пять минут то, на что сейчас уходит 45 минут, — говорит первый автор статьи Мохамед Эль-Саид. — И обрабатывать гораздо больше образцов, чем раньше. Как только мы это сделаем, следующим шагом станет внедрение технологии в судебно-медицинские лаборатории и больницы».

МД-2021, день 1. ДНК-анализ в криминалистике