Тема закрыта
Котова С.А., Рыбакова В.И., Забавская Т.В.,
Шило Е.А., Спивак Е.А., Цыбовский И.С.,
Цыбовский С.И.
РЕФЕРЕНТНАЯ БАЗА ДАННЫХ STR-ЛОКУСОВ Х-ХРОМОСОМЫ У НАСЕЛЕНИЯ БЕЛАРУСИ ДЛЯ ЭКСПЕРТНОГО ДНК-АНАЛИЗА
Ключевые слова: STR-локусы Х-хромосомы, полиморфизм, аллели, группы сцепления, гаплотипы, экспертный ДНК-анализ, референтная база данных
Keywords: STR loci X-chromosome polymorphism, alleles, group cohesion, haplotypes, forensic DNA analysis, reference database
Исследование полиморфизма ДНК-маркеров половой Х-хромосомы в современном экспертном ДНК-анализе становится рутинной процедурой, поскольку их использование дает преимущество при решении ряда экспертных задач, касающихся сложных случаев установления родственных отношений. К таким случаям чаще всего относятся экспертные задачи по установлению биологического родства детей женского пола при отсутствии биологического образца предполагаемого отца:
- установление биологического родства сводных сестер по отцу; в случае отсутствия предполагаемого биологического отца при наличии общей матери для двух детей женского пола, если отцовство ранее подтверждено в отношении одной из дочерей, в целях установления отцовства в отношении второй дочери;
- установление биологического родства в паре «бабка по отцу - внучка»; в случае отсутствия биологического образца предполагаемого отца при наличии его родной матери в целях установления его отцовства в отношении ребенка женского пола;
- в случаях, когда в тесте на определение отцовства фигурируют (могут фигурировать) предполагаемые отцы - близкие кровные родственники и др.
Расчет достоверности экспертного вывода (обязательная стадия в ДНК-анализе) следует проводить с учетом этнической специфики населения. В Беларуси проживают представители более 130 наций и национальностей, однако доминантной является славянская группа индоевропейской семьи, к которой принадлежит 98,89% всего населения страны1. Такая выраженная национальная доминанта характерна далеко не для всех современных полиэтнических государств. В Казахстане на долю коренного этноса - казахов приходится 65,5 % населения, а из представителей других национальностей самой многочисленной является славянская группа (21,8% - русские, 1,8% - украинцы), т.о. на долю индоевропейцев приходится более 23% жителей страны2, что следует обязательно учитывать в экспертном ДНК-анализе.
Оптимальным решением является создание национальных информационных ресурсов в виде автоматизированной компьютерной базы данных с возможностью сетевого доступа и базой частот ДНК-маркеров, определенных для различных этносов. Данное решение позволяет централизованно поддерживать, развивать и пополнять созданную базу данных. Возможность пользоваться референтной базой данных в режиме online автоматически решает проблему сопоставимости экспертных заключений в части математического расчета уровня достоверности, поскольку все экспертные учреждения могут использовать одни и те же исходные данные (частотные характеристики).
Уникальной особенностью Х-хромосом является одновременное наличие независимо наследуемых локусов и локусов, входящих в группы сцепления. Локусы, входящие в отдельную группу сцепления, наследуются всей неизменной совокупностью признаков. Кроме того, у мужчин все локусы Х-хромосомы находятся в гемизиготном состоянии и передаются дочерям в виде гаплотипа, в то время как у женщин гомо-и/или гетерозиготное состояние локусов Х-хромосомы.
Нами разработана референтная база данных частот встречаемости аллелей и гаплотипов групп сцепления у населения Беларуси на основе исследования 789 образцов этнических белорусов (425 женщин, 364 мужчин, всего 1214 хромосом). Исследован полиморфизм 19 X-STR локусов: DXS10135, DXS8378, DXS10148 (группа сцепления I, ГС I) - DXS7132, DXS10074, DXS10079, DXS10075 (ГС II) - HPRTB, DXS10101, DXS10103 (ГС III) - DXS10134, DXS7423, DXS10146,DXS8377, DXS10147 (ГС IV) - DXS9895, DXS7424, DXS7133 и GATA172D05. Из 19 исследованных локусов 12 входят в состав коммерческих тест-систем (Mentype Argus Х-8, Investigator Argus X-12, выделены жирным шрифтом); 15 локусов входят в группы сцепления (группы разделены знаком « -»), 4 локуса наследуются независимо (выделены курсивом).
____________________
1 Национальный состав населения Республики Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. статист, комитет Респ. Беларусь. Минск, 2010. - Режим доступа: http://belstat.gov.by/homep/ru/perepic/p5.php. - Дата доступа: 27.07.2010.
2 Агенство по статистике РК. Численность населения Республики Казахстан; http://ru.m.wikipedia.org
Аллели локусов DXS7132, DXS7423, DXS8378, DXS10074, DXS10079, DXS10101, DXS10103, DXS10134, DXS10135, DXS10146, DXS10148 и HPRTB были идентифицированы с использованием набора реактивов тест-систем Investigator Argus X-12 (Qiagen, Германия). Аллели локусов: GATA172D05, DXS7133, DXS7424, DXS9895, DXS8377, DXS10075, DXS10147 были определены с помощью трех контрольных ДНК: 9947 А, хх28, k562. Исчисление аллелей проводили по количеству тандемных повторов. Для высокополиморфных локусов с большим содержанием аллелей с неполными повторами DXS10135, DXS10101, DXS10134, DXS10146, DXS10148 фрагменты ПЦР были оценены с использованием аллельных лэддеров, выполненных согласно1. Тандемная структура 22 аллелей трех локусов подтверждена прямым секвенированием амплифицированных фрагментов DXS10079 allele: 12, 15; 19, 23; DXS10146 allele: 23, 24, 24.2, 28, 29, 29.2, 31.2; DXS10135 allele: 18, 19, 19.1, 20, 20.1, 20.3, 21, 22.1, 23, 27, 31. Частоты встречаемости аллелей исследуемых X-STR маркеров были рассчитаны для трех массивов данных: массива женских образцов (n = 425, хромосом 850), массива мужских образцов (n = 364, хромосом 364) и суммарного массива образцов (1214 хромосом) этнических белорусов.
Для всех четырех групп сцепления Х-хромосомы (ГС I-IV) рассчитаны частоты гаплотипов групп сцепления в формате тест-систем Mentype Argus X-8, Investigator Argus X-12, а также в формате 15 локусов, представленных в данной работе (4 локуса DXS9895, DXS7424, DXS7133 и GATA172D05 наследуются независимо).
Наиболее полиморфными у этнических белорусов из 19 исследуемых X-STR локусов являются локусы DXS10146 (32 аллельных варианта) и DXS10135 (31 аллель). Далее, в порядке уменьшения аллельного разнообразия, располагаются локусы DXS10134 (27 аллелей), DXS10101 (24 аллели), DXS10148 (23 аллели), DXS8377 (20 аллелей). Для остальных 13 X-STR локусов число аллелей варьирует от 5 (DXS8378, DXS7423) до 14 (DXS10074). Наиболее гетерозиготным маркером является локус DXS10135, за ним следуют локусы DXS8377, DXS10101, DXS10146, DXS10148 и DXS10134.
Для исследованных локусов также оценивался дискриминирующий потенциал PD для диплоидных и гаплоидных носителей (нестрого говоря, мужчин и женщин без хромосомных аберраций). Значения индивидуализирующей мощности исследованных локусов для женщин, несущих в своем генотипе по 2 аллеля, ожидаемо выше, чем для мужчин. Так значение параметраPD для женщин (PDf ) варьирует в диапазоне 0,818 (локус DXS10147) - 0,990 (локус DXS10135), тогда как значения PD для мужчин (PDm) варьируют от 0,661 (локус DXS7133) до 0,941 (локус DXS10135). Максимальные значения PDf и PDm определены для одного и того же высокопоkиморфного маркера DXS10135, для которого обнаружен 31 аллельный вариант в смешанном массиве мужских и женских образцов белорусов. Для менее полиморфных локусов DXS10147 (5 аллелей) и DXS7133 (8 аллелей) определены минимальные значения PDf и PDmсоответственно.
Аллельное распределение для 17 из 19 исследуемых локусов Х-хромосомы соответствует равновесию Харди-Вайнберга. Отклонение от равновесия Харди-Вайнберга было обнаружено только для двух локусов - DXS10103 и DXS10146, однако после введения поправки Бонферрони для множественных сравнений (0,05/19, р = 0,026), отклонения от равновесия Харди-Вайнберга для маркеров DXS10103 (р = 0,03867) и DXS10146 (р = 0,03383) также исчезают.
Для расчета достоверности вывода разработаны два программных продукта: в составе референтной базы - программный комплекс на основе данных частот встречаемости аллелей и гаплотипов групп сцепления STR локусов Х-хромосомы, который находится в свободном доступе по адресу: http://dnkexpertiza.org/ (страница «X-STR локусы»), и калькулятор для расчета индекса отцовства и уровня достоверности экспертного вывода средствами программного пакета MS Excel. В основу работы программ положены основные подходы, используемые при проведении расчетов доказательной значимости экспертных выводов: метод, основанный на расчете вероятности случайного совпадения совокупности генетических признаков (Перепечина И.О. и др.)2 и метод, основанный на расчете условных вероятностей генотипов (индекса отцовства (paternity Index, PI) отношения правдоподобий (likelihood ratio, LR) для совокупности локусов с использованием формул, предложенных И.А. Ефремовым и др.3 Алгоритмы работы программ не позволяют учитывать влияние мутационных процессов и возможность неравновесного сцепления (linkage disequilibrium, LD) X-STR локусов4.
_________________
1 Е. Hardy et al. Negative staining with zinc-imidazole of gel electrophoresis-separated nucleic acids / // Electrophoresis. - 1996. - Vol. 17, № 10. - P. 1537-41.
2 Перепечина И.О., Гришечкин С.А. Вероятностные расчеты в ДНК-дактилоскопии: методические рекомендации. - М: ЭКЦ МВД России, 1996. - 16 с.
3 Ефремов, И.А., Кожемяко В.Б. Молекулярно-генетические экспертизы спорного родства по полиморфным маркерам хромосомы X человека: особенности интерпретации результатов и расчетов индекса отцовства // Сибирский медицинский журнал. - 2011. - № 7. - С. 49-54.
4 Kling D, Tillmar АО, Mostad P. Likelihood computations for genetic marker data taking linkage, linkage disequilibrium and mutations into account. Folkehelseinstituttet2013 (http://isfg2013.org/wp-content/uploads/2013/09/Thu-P3-1145-D-Kling-Y.pdf).
База данных, лежащая в основе интернет-калькулятора, содержит сведения о частотах аллелей (для массива образцов лиц женского пола, для массива образцов лиц мужского пола, а также для смешанного массива образцов) и массив генотипов мужских образцов, что позволяет проводить расчеты как по частотным характеристикам аллелей отдельных локусов Х-хромосомы (страница «Частоты аллелей: биологическое родство, идентификация женского генотипа»), так и по частотным характеристикам гаплотипов, выявляемых в группах сцепления (страница «Частоты гаплотипов»). В зависимости от решаемой задачи необходимо выбрать нужный вариант расчета и конкретный массив, на базе которого будет произведен расчет. Поскольку у мужчин имеется только одна Х-хромосома, на основе массива генотипов мужских образцов можно провести расчет частоты встречаемости каждого отдельного гаплотипа (по группам сцепления). Подгруженная к калькулятору база данных позволяет анализировать четыре группы сцепления в трех разных форматах (Mentype Argus X-8, Investigator Argus X-12 и в формате нашей 15-ти локусной референтной базы данных).
Калькулятор для расчета индекса отцовства и уровня достоверности экспертного вывода средствами программного пакета MS Excel позволяет произвести расчет комбинированного индекса отцовства (combined paternity index, СРГ) с использованием метода отношения правдоподобий и на его основе сделать вывод о вероятности родства. Этот калькулятор представляет два отдельных программных средства - калькулятор «Частоты аллелей» и калькулятор «Частоты гаплотипов». Калькулятор «Частоты аллелей» производит расчет индекса отцовства PI на основании данных о частотах встречаемости аллелей для каждого из 15 маркеров Х-хромосомы, входящих в четыре группы сцепления, а также для 4 независимо наследуемых локусов - DXS9895, DXS7424, DXS7133, GATA172D05, полученных для смешанного массива образцов этнических белорусов. С его помощью можно решать экспертные задачи, связанные с установлением отцовства в отношении ребенка женского пола при отсутствии предполагаемого биологического отца и при наличии его родной матери (ситуация «бабка по отцу - внучка»). Калькулятор «Частоты гаплотипов» позволяет производить расчет индекса отцовства PI на основании данных о частотах встречаемости гаплотипов по четырем группам сцепления в форматах Mentype Argus X-8, Investigator Argus X-12 и в нашем 15-ти локусном формате (смотри выше) в массиве образцов лиц мужского пола и может быть использован для решения экспертных задач: установление отцовства в отношении ребенка женского пола, установление материнства в отношении ребенка мужского пола, а также родства по отцу для двух сестер, имеющих общую мать.
