Последнее время на Пикабу много обсуждают тест на отцовство - особенно в контексте того, правильно ли его делать вообще или это уже само по себе признак недоверия к матери ребёнка.
Но мне кажется, не все читатели понимают, как такой тест на самом деле работает. Люди говорят, что это анализ ДНК - и это верно. Но что именно при этом анализируют? Что означает знаменитое «99,99%» в таких отчётах, и как лаборатория вообще приходит к этой цифре?
Для примера возьму один из моих собственных тестов с одним из моих детей. В отцовстве я не сомневался, и результат для меня был ожидаем, но сам механизм такого анализа довольно интересен.
Современные тесты на отцовство основаны на STR-типировании. STR (Short Tandem Repeats) - это короткие тандемные повторы ДНК, количество которых заметно различается у разных людей. Благодаря этой изменчивости они очень удобны для установления родства, идентификации личности и криминалистических экспертиз.
Чтобы понять, как это работает, нужно разобраться в двух терминах.
Локус - это конкретно обозначенный участок ДНК, своего рода адрес в геноме. Иногда такой участок может быть частью гена, то есть содержать информацию, связанную с работой клетки и синтезом белков. А иногда это просто участок ДНК, который сам по себе ничего не кодирует, но зато хорошо подходит для сравнения между людьми. В тестах на отцовство важен не биологический смысл такого участка, а то, что его можно точно найти и сравнить у ребёнка и предполагаемого отца.
Аллель - это вариант такого участка. У человека почти каждая хромосома представлена в двух копиях: одну мы получаем от матери, вторую - от отца. Поэтому и в каждом локусе у нас обычно есть две версии одного и того же участка ДНК. Они могут быть одинаковыми, а могут немного отличаться. Именно эти варианты и называют аллелями.
Вот например хорошая иллюстрация из учебника по подготовке к экзамену по биологии.
STR-участки удобны тем, что число коротких повторов в них сильно варьирует у разных людей. То есть STR-тест определяет не конкретные гены, а количество повторов в заранее выбранных участках ДНК. Отдельные аллели таких маркеров могут совпадать у разных людей, но комбинация множества STR-локусов даёт практически уникальный генетический профиль.
Если взять для примера локус D3S1358, то у меня указаны значения 17 и 18. Это означает, что в двух копиях этого участка ДНК у меня находятся два варианта маркера - один с 17 повторами, второй с 18. Один вариант я получил от матери, второй от отца. Если я действительно являюсь биологическим отцом ребёнка, то как минимум один из аллелей в этом локусе у ребёнка должен совпадать с одним из моих. И мы это как раз видим: у ребёнка D3S1358 имеет значения 16 и 17. Одно значение он получил от матери, второе - от меня.
Если бы я не являлся отцом, локус мог бы выглядеть иначе - например, 16 и 13. Но по одному локусу отцовство не определяют. Проверяют сразу целую панель стандартизованных маркеров - в данном случае 24. Именно совокупность этих локусов и создаёт профиль, пригодный как для установления родства, так и для идентификации личности.
Ещё один интересный маркер в бланке - Amelogenin. В расчёт индекса отцовства он обычно не входит, но служит для быстрой оценки полового хромосомного профиля образца. Если определяются X и Y, образец мужской; если только X - женский.
Последним в идёт DYS391 - это уже Y-хромосомный STR-маркер. Он имеет только одно значение и, если ребёнок мальчик, должен совпадать с биологическим отцом по мужской линии. Если речь идёт о девочке, такой маркер у неё просто не определяется.
Важно понимать ещё одну вещь: даже если какие-то отдельные локусы совпадают или, наоборот, не совпадают, по одному маркеру отцовство не доказывают и не опровергают. Для каждого локуса рассчитывается отдельный показатель - Paternity Index, или PI. Он показывает, насколько наблюдаемая комбинация аллелей в этом конкретном локусе лучше согласуется с гипотезой «это биологический отец», чем с гипотезой «это случайный неродственный мужчина».
Например, для локуса D3S1358 PI = 1.187. Это означает, что по этому конкретному локусу наблюдаемая картина примерно в 1.187 раза лучше поддерживает гипотезу биологического отцовства, чем гипотезу случайного неродственного мужчины. Здесь хорошо видно, что единичный локус сам по себе, не даёт точного ответа является ли тестируемый образец биологического отца и ребёнка или нет, повышение вероятности довольно скромное, но вы увидети как эта вероятность стремительно растёт с увеличением числа совпадений локусов и аллелей.
Самый точный вариант - когда в тесте есть ребёнок, мать и предполагаемый отец. Но на практике часто сравнивают только ребёнка и предполагаемого отца. Тогда приходится дополнительно учитывать частоты встречаемости соответствующих STR-аллелей в популяции, потому что без материнского образца интерпретация получается менее прямой и вносит дополнительную статистическую неопределённость. В моём случае лаборатория использует базу данных National Institute of Standards and Technology 1036, она превращает значения совпадений в идексы PI, но даже и без неё количество совпадений можно посчитать чуть менее точно но тоже с большой уверенностью, чем больше совпаденйи тем выше выроятность отцовства.
Дальше по всем локусам рассчитывают общий показатель - CPI, Combined Paternity Index, или комбинированный индекс отцовства. Формула здесь очень простая:
CPI = PI1 × PI1 × PI3 × ... × PIn
То есть все локусные индексы просто перемножаются. Именно так и получается итоговое число 456,294.
После этого CPI переводят в привычную для клиента вероятность отцовства по формуле:
Вероятность отцовства = CPI / (CPI + 1) × 100%
В моём случае это даёт вероятность выше 99.99%. Технически 99.99978084353324%, но цифру обычно округляют после 99.99%.
Интересно, что если теоретически подставить в тест один и тот же образец ДНК как «отца» и как «ребёнка», программа не скажет: «ага, это один и тот же человек». Она просто увидит, что такой профиль идеально совместим с гипотезой отцовства, и выдаст чрезвычайно высокий CPI близкий 1.0 то есть 100%. Потому что тест заточен не под поиск подмены образцов и не под идентификацию тождества, а именно под проверку родства. При этом для специалиста полное совпадение обоих аллелей по всем локусам сразу выглядело бы очень подозрительно в плане некорректного сбора образцов: у реального ребёнка от реального отца такой картины не бывает и она практически биологически невозможна.
Отдельно стоит сказать о популярном киношном мифе. В фильмах иногда показывают, будто по одному тесту на отцовство можно сразу понять, что ребёнок не от мужа, а, например, от его брата. В реальности обычный тест так не работает. Он отвечает на более узкий вопрос: соответствует ли конкретный протестированный мужчина роли биологического отца или он исключается. Собственное финальное заключение документа выглядит следующим образом "Dr. Hannibal не может быть исключён как отец (имя ребёнка)". Потому что статистически сравнивается гипотеза «отец - этот мужчина» с гипотезой «отец - случайный мужчина», а не происходит автоматический перебор всех его родственников, это фактически и невозможно без наличия их ДНК.
При этом есть важная оговорка: близкие родственники предполагаемого отца действительно могут быть генетически заметно ближе, чем посторонний человек. Поэтому если настоящий отец - брат или другой близкий родственник, обычный тест может дать менее однозначную картину, чем в стандартной ситуации и показатели CPI могут быть ниже чем в случае настоящего отцовства, но выше чем при неродственном мужчине в роли отца. Именно поэтому в сложных случаях иногда рекомендуют тестировать обоих возможных мужчин, а по возможности ещё и мать ребёнка. Для таких ситуаций существуют отдельные схемы анализа. У мужчин по отцовской линии дополнительно могут использоваться Y-STR-маркеры, но они сами по себе не различают родных братьев в роли отца, потому что их Y-хромосома обычно одинакова.
Нельзя не упомянуть и однояйцевых близнецов. Стандартный STR-тест, который используют для установления отцовства, как правило, не может отличить ребёнка одного однояйцевого близнеца от ребёнка другого. Для такой панели их профили будут практически неразличимы. Поэтому если материал сдаст брат-близнец который отцом ребёнка не является, результат всё равно может показать такую же очень высокую вероятность отцовства. Иными словами, обычный тест подтвердит, что отцом является один из двух однояйцевых близнецов, но не сможет надёжно сказать, какой именно. Интересно, что с эволюционной точки зрения дети близнецов продолжают генетическую линию обоих индвидов, даже если только один из них имеет детей.
Технически эта проблема не абсолютно безнадёжна. В отдельных случаях однояйцевых близнецов удаётся различить более глубоким геномным анализом с поиском редких мутаций, возникших уже после разделения эмбриона, и последующим поиском этих мутаций у ребёнка. Но это уже не стандартный тест на отцовство, а сложная и дорогая экспертиза, которая тоже не всегда даёт успешную идентификацию.
Люди задают вопрос, если сделать тест на отцовство может ли STR-профиль из теста на отцовство использоваться для установления личности? По сути - да. Такие профили представляют собой набор значений аллелей по стандартным STR-маркерам, в виде текстовых значений например D3S1358 17, 18 и именно в таком виде ДНК-профили используются в криминалистике и полицейских базах данных. Поэтому часть результатов своего теста я сознательно замазал. Удобство STR-профилирования в том, что комбинация значений повторов по этим локусам образует практически уникальный генетический профиль. Иными словами, любой образец ДНК, который даст те же значения по этой панели маркеров, будет генетически неотличим от моего в рамках данного теста. Более того из этих данных можно сгенерировать уникальное число (по типу CPI), которое будет соотвествовать генетическому профилю, именно этот уникальный номер, производное генетических маркеров собственно изначально и ищется по криминалистическим базам данных.
Это, конечно, не означает, что мой бытовой отчёт автоматически может быть занесён в полицейскую базу, тем более без моего ведома. Для этого нужны совсем другие юридические основания, процедура отбора материала и криминалистические стандарты оформления. Но публиковать полный профиль STR в открытом доступе я бы всё равно не стал - ни для себя, ни для ребёнка.
С точки зрения самой процедуры всё довольно прозаично. ДНК можно извлечь практически из любого подходящего биологического материала. У живых людей самый простой вариант - мазок ватным тампоном с внутренней стороны щеки. Полость рта постоянно теряет клетки эпителия, поэтому такой материал легко получить быстро и безболезненно. Подходят и другие слизистые оболочки, кровь, а также многие биологические жидкости. Исключение составляют кал и моча: ДНК в них тоже присутствует, но для её выделения обычно требуются специальные наборы.
Далее клеточные мембраны растворяют в специальном буфере, содержащем вещества, действующие по принципу, сходному с моющими средствами, что позволяет высвободить ДНК. После этого выбранные STR-локусы амплифицируют с помощью полимеразной цепной реакции.
Затем продукты ПЦР разделяют методом капиллярного электрофореза: более короткие фрагменты под воздействием электрического тока проходят дальше, более длинные - остаются ближе. На выходе это выглядит как набор пиков сигнала, по положению которых и определяют аллели.
По сути тот же самый принцип используют и при генетической идентификации останков, когда собственной ДНК предполагаемого человека уже нет, но есть живые родственники. В таком случае профиль сравнивают не с самим человеком, а с его предполагаемыми родителями, детьми или другими родственниками, и по вероятности родства уже делают вывод об идентичности останков. Лучше всего ДНК сохраняется внутри зубов и именно они используются для получения ДНК профиля, скелетированных останков. Да, теоретически использовать тест на отцовство с такой целью можно даже в домашних условиях - например, если семейное расследование требует срочно установить, кто именно съел ваш йогурт: сын или жена. Но если речь уже идёт об останках, лучше всё-таки не играть в домашнюю криминалистику и доверить эту работу специалистам.
STR-тесты работают не только на людях, но и на животных. Проблема в том, что для каждого вида используются свои локусы, поэтому провести тест на отцовство например у кобеля и установить что он является отцом щенков с человеческими маркерами не выйдет. Но существуют специальные тесты под каждый вид.
И наконец, хотя чаще говорят именно о тесте на отцовство, технически он не отличается от теста на материнство. Точно такая же процедура те же маркеры, те же принципы, те же расчёты тот же идекс CPI. Просто матери обычно в своём материнстве не сомневаются, если не считать редкие случаи подмены детей в роддоме или других необычных ситуаций.
Надеюсь, эта статья помогла немного прояснить, как на самом деле работает тест на отцовство, какие именно данные он показывает и как эти данные интерпретируются. Мне кажется, что в изучении ДНК нет ничего необычного, и обоим родителям результаты такого теста должны быть одинаково интересны. Предвосхищая возможные вопросы, скажу, что я заранее сообщил матери ребёнка о своём намерении провести этот тест, и никакого конфликта по этому поводу у нас не было.
У меня есть телеграм канал, я не сильно занимаюсь его продвижением, но если хотите пообщаться или задать какие-то вопросы, он как-то больше сложился про обсуждение моей фантастической литературы, но буду рад видеть вас там.
