В волосах (и шерсти) есть ядерная ДНК

Спешим поделиться с вами потрясающей новостью!

Ученые сумели подобрать способ выделения и сохранения ядерной ДНК из стержней волос. Теперь можно смело заявить, что появились возможности выделить ДНК буквально из всех тканей живого организма.

Для чего уточнение, что именно ядерную ДНК, а не просто ДНК? И в чем уникальность стержня волоса?

Дело в том, что в каждом живом организме присутствует 2 типа нуклеиновых кислот (НК) – дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). При этом у большинства эукариотов (организмов, чьи клетки имеют ядро, мы, все животные — эукариоты) каждая клетка содержит несколько сотен органелл-митохондрий, у которых тоже есть свое ДНК (обозначается: мтДНК). ДНК митохондрий наследуется только от матери и не несет в себе всей информации о человеке в отличие от ядерного ДНК. РНК являются лишь копией фрагментов ядерной ДНК.

Только выделение ядерной ДНК позволяет досконально изучить геном человека со всеми индивидуальными особенностями, что в свою очередь открывает массу возможностей от определения родства до выращивания новых органов (в том числе кожи) в лабораторных условиях для пересадки. А в будущем —  и для клонирования организма.

Если человек жив и находит в зоне доступа, то взять его ткани или жидкости (например, слюну) на исследования ДНК не составляет трудностей. Сложности с возникают, когда человека рядом нет. Но довольно часто могут сохраняться или обнаруживаться выпавшие или срезанные волосы.

Технически из волос значительно проще выделить РНК или митохондриальную ДНК, чем ядерную ДНК. Поэтому в криминалистике долгое время использовали методы выделения РНК или мтДНК из выпавших волос, найденных на месте преступления.

Последние два десятка лет это было самым передовым методом, потому что выпавшие естественным образом волосы зачастую не имеют полноценного корня, где в клетках волосяных луковиц хранится ядерная ДНК.

Рассмотрим строение стержня волоса

В структуре стержня волоса выделяют три слоя:

- внешний (кутикула);

- средний (кортекс), основной массив с кератиновыми фибриллами;

- центральный (медула), в которой и содержатся РНК и фрагменты ядерной ДНК.

Медула сохраняется не на всем протяжении волоса и фрагментарно прерывается. Поэтому ранее считалось, что в стержне волоса не может быть достаточно информативных фрагментов ДНК для идентификации личности. В связи с этим распознание пола и национальности по РНК и мтДНК считалось максимально подробным исследованием.

Но благодаря криминалистики, судебно-медицинские исследования в этой области не стоят на месте.

Немного истории исследваний

Первый успешный метод по выделению ДНК из корней волос был разработан еще в 1988 году [1]. Прошло 30 лет...

В 2018 году исследование Брандхагена и др. продемонстрировало, что фрагментированная в медуле ядерная ДНК может быть восстановлена ​​из выпавших волос без корня [2]. Как оказалось, вопреки прежним ожиданиям, ядерная ДНК присутствует в выпавших волосах в удивительно большом количестве по сравнению с той же митохондриальной ДНК, причем даже в самых дистальных (расположенных дальше от центра или срединной линии) участках стержня волоса. Ядерная ДНК составляет как минимум 88% от общего числа расшифровок генома человека в любом конкретном образце, а обычно — и более 95%.

Это полностью переворачивает представление о том, что из стержня волоса без корня можно извлечь только митохондриальную ДНК, и доказывает, что ядерная ДНК вполне достаточно обнародуется для исследований.

Тут, конечно, стоит отметить, что ДНК разрушается быстрее белков, особенно таких, как кератин, но благодаря ученым из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) в 2020 году были обнаружены измененные пептиды (genetically variant peptide, GVP) в кератине, что дало возможность использовать комбинированные методы для охвата большего числа вариаций [3]. В своей статье они представили библиотеку, содержащую все идентифицированные пептиды, полученные из волос [4]. Будущее расширение этой библиотеки может включать все известные GVP, а также все идентифицируемые пептиды, полученные из человеческих волос.

Исследования в этой области стремительно набирают обороты. В марте 2023 года группа ученых под руководством Судхира Синха опубликовала статью, где представлены результаты тестирования инновационной технологии с использованием набора InnoXtract для высококачественного выделения ДНК из образцов костей, зубов и стержней волос без корня [5].

Для чего современному человеку нужно сохранение именно ядерной ДНК 

В наше время научный прогресс движется семимильными шагами. В пору утверждать, что мы вступили в эпоху технологической сингулярности. Научный прогресс приобретает бурный и резкий характер, его плоды неумолимо внедряются в нашу повседневную жизнь. Мы сами не заметили, как быстро перешли на электронные деньги, работу онлайн, в больницах патрулируют роботы, сохранение пуповиной крови стало рутиной, хирурги проводят операции в VR очках, а версии chatGPT и Midjourney прошлого месяца считаются неактуальным старьем. И это не учитывая того, что уже в этом году в Китае компания AeroHT провела успешное испытание летающего автомобиля Xpeng X2 через реку Сян в Чанше.

Мы вступили в эпоху, когда не только завершились тягостные ожидания революционных инноваций, но порой мы не сразу осознаем, как начали пользоваться новыми технологиями на регулярной основе. Совсем скоро мы начнем сдавать свою слюну на определение последовательности ДНК (секвенирование) для того, чтобы нам вырастили новые органы и провели омолаживающую регенерацию тканей.

Почему стоит сохранять выпавшие волосы.

Сохранение волос упростит установление родственных связей, появится возможность найти своих дальних уже умерших родственников, а в перспективе даст возможность клонирование. Клонирование людей – вопрос жарких этических споров, но клонирование животных уже допускается и успешно проводится как коммерчески, для владельцев собак и кошек, так и для научных целей и животноводства [6].

Вы можете уже сейчас сохранить шесть или перья своих домашних любимцев с перспективой их дальнейшего клонирования. Учитывая, что многие разумные, таланливые, ласковые, красивые животные подвергаются стерилизации, вариант клонирования для сохранения ценного генофонда становится весьма подходящим.

Преимущества хранения волос у нас

ООО «КриоРус» 17 лет лидирует в Евроазиатской крионике по сохранению людей и животных и их ДНК.

В наших лабораториях мы соблюдаем стандарты качественного хранения по температуре, влажности, pH, давлению. Наши ученые непрерывно изучают и применяют новые методы, поэтому ваш образец одним из первых пройдет инновационные исследования и получит практическое применение. Собор волос и шерсти неинвазивный метод в отличие от забора крови и хранение их требует меньше финансовых затрат и площади для размещения.

Литература

[1] Higuchi, R., von Beroldingen, C., Sensabaugh, G. et al. DNA typing from single hairs. Nature 332, 543–546 (1988).

[2] Brandhagen MD, Loreille O, Irwin JA. Fragmented Nuclear DNA Is the Predominant Genetic Material in Human Hair Shafts. Genes. 2018 Dec;9(12):640.

[3] Zhang Z, Burke MC, Wallace WE, Liang Y, Sheetlin SL, Mirokhin YA, Tchekhovskoi DV, Stein SE. Sensitive Method for the Confident Identification of Genetically Variant Peptides in Human Hair Keratin. Journal of forensic sciences. J Forensic Sci. 2020 Mar;65(2):406-420.

[4] The NIST hair libraries of peptide tandem mass spectra. https://chemdata.nist.gov/dokuwiki/doku.php?xml:id=peptidew:lib:human_ha... (accessed October 14, 2019).

[5] Sudhir K. Sinha, Hiromi Brown, Hailey Holt, Mah-Ro Khan, Joanne B Sgueglia, Gina Murphy. Validation of the InnoXtract™ DNA extraction method for bone, teeth, and rootless hair. J Forensic Sci. 2023 Mar;68(3):1020-1035.

[6] R Tayfur Tecirlioglu, Melissa A Cooney, Natasha A Korfiatis, Renee Hodgson, Mark Williamson, Shara Downie, David B Galloway, Andrew J French. Semen and reproductive profiles of genetically identical cloned bulls. Theriogenology. 2006 Jun;65(9):1783-99.

Автор: Мария Васильцова (Федоркова).