Блог

Oct 20, 2023

Одинокий

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 6, Номер статьи: 201 (2023) Цитировать эту статью

6934 Доступа

29 Альтметрика

Подробности о метриках

Идентификация людей по биологическим смесям, в которые они внесли свой вклад, весьма актуальна при расследовании мест преступлений и различных областях биомедицинских исследований, но, несмотря на предыдущие попытки, остается практически невозможной. Здесь мы исследовали потенциал использования секвенирования одноклеточного транскриптома (scRNA-seq) в сочетании со специальным биоинформатическим конвейером (De-goulash) для решения этой давней проблемы. Мы разработали новый подход и протестировали его на данных scRNA-seq, которые мы de novo получили из смесей крови нескольких человек, а также на смесях in silico, которые мы собрали из общедоступных отдельных наборов данных scRNA-seq, включающих различные числа, соотношения и биогеографическое происхождение участников. Для всех сбалансированных и несбалансированных смесей крови от 2 до 9 человек с соотношением до 1:60 мы достигли четкого разделения отдельных клеток в зависимости от участников. Для всех участников разделенной смеси были правильно определены пол и биогеографическое происхождение (по материнской, отцовской линии и по линии обоих родителей). Все отдельные участники были правильно идентифицированы индивидуально с приемлемой для суда статистической достоверностью с использованием справочных данных секвенирования всего экзома, сгенерированных de novo. В этом исследовании, подтверждающем концепцию, мы демонстрируем возможность использования одноклеточных подходов для деконволюции биологических смесей, а затем генетически охарактеризуем и индивидуально идентифицируем участников разделенных смесей. При дальнейшей оптимизации и внедрении этот подход может в конечном итоге позволить перейти к сложным биологическим смесям, в том числе найденным на местах преступлений.

Генетическая характеристика и индивидуальная генетическая идентификация лиц, внесших вклад в создание биологических смесей, актуальна в различных областях науки и общества. Биологические смеси, в которых участвовали более одного человека, часто собираются на месте преступления. В случаях с известными преступниками индивидуальная генетическая идентификация может точно определить преступника с помощью сравнительного судебно-медицинского анализа ДНК1, тогда как в случаях с неизвестными преступниками генетическая характеристика (например, по полу, биогеографическому происхождению) может предоставить следственные данные, которые помогут найти неизвестного преступника1. Успешная генетическая характеристика и идентификация особей из смешанных биоматериалов начинается с точной деконволюции смеси, т.е. разделения смешанного биоматериала по отдельным участникам, что является наиболее важным, но в то же время самым трудным шагом. Несмотря на различные попытки, основанные на разных методологиях, ограничения в деконволюции биологических смесей остаются одной из основных проблем судебно-медицинского анализа ДНК2,3,4,5,6. Более того, разделение смесей также актуально и в других областях биомедицинских исследований и применений, например, для обнаружения и устранения загрязнений в широко используемых культурах клеток, тканей и органоидов.

В настоящее время наиболее распространенным методом, используемым при деконволюции судебно-медицинских смесей, является дифференциальный лизис7, который применяется к смесям, включающим клетки спермы преступника-мужчины и эпителиальные клетки жертвы-женщины, которые обычно встречаются в случаях сексуального насилия при анализе вагинальных мазков. Однако дифференциальный лизис часто приводит к неполному разделению мужских и женских фракций ДНК. В результате полученный профиль аутосомных коротких тандемных повторов (STR) по-прежнему демонстрирует смесь аллелей жертвы-женщины и преступника-мужчины. Это затрудняет, а зачастую и делает невозможным выделение STR-профиля преступника-мужчины из смешанного профиля ДНК, даже если STR-профиль жертвы-женщины известен из эталонного анализа ДНК8. Нацеливание на мужскую часть Y-хромосомы помогает, поскольку позволяет специфически анализировать мужские STR в смеси и работает в смесях с большим доступом к женской ДНК, как в материалах из дел о сексуальном насилии9. Однако судебно-медицинское профилирование Y-STR имеет тот недостаток, что оно чаще всего не позволяет дифференцировать мужчин по отцовской линии, которые обычно имеют один и тот же профиль Y-STR. Как следствие, вероятность совпадения, полученная для подозреваемого мужчины, также применима и к его родственникам-мужчинам по отцовской линии, и, таким образом, выводы не могут быть сделаны на индивидуальном уровне, как это необходимо в суде9. Доступны методы деконволюции смешанных аутосомных STR-профилей, полученных из смешанных пятен, с помощью статистических методов, таких как вероятностное генотипирование10,11,12,13, но их успех ограничен и зависит от многих факторов12,13. Из-за своего количественного характера использование секвенирования следующего поколения (NGS), также называемого массово-параллельным секвенированием (MPS), для судебно-медицинского STR-профилирования, обеспечивает некоторое улучшение в деконволюции смешанных STR-профилей, но его успех в основном ограничивается менее сложными смеси, например, смеси двух человек1. Более того, дифференциальный лизис не подходит для разделения смесей спермы от разных мужчин, а также для смесей, вообще не содержащих сперматозоидов.