DNA se dá získat i z kostí starých desítky tisíc let, říká genetik Tomáš Pexa z laboratoře, která identifikovala ostatky pátera Toufara
Datum publikace: 14.4.2022
Většinu agendy Laboratoře forenzní a lékařské genetiky Unilabs tvoří analýzy pro lékařské účely, ať už jsou to vyšetření z oblasti hematologie, kardiologie, alergologie a imunologie, onkologie nebo reprodukční medicíny. Zároveň se ale může pyšnit i znaleckým pracovištěm v rámci oddělení forenzní genetiky a její odborník Mgr. Tomáš Pexa sám působí jako soudní znalec. „Často se podaří extrahovat DNA z mikrokapičky, kterou ani nevidíte,“ popisuje.
Před šesti lety jste identifikovali ostatky pátera Josefa Toufara, který byl umučen komunistickým režimem. Jako zdroj DNA vám posloužila stehenní kost. Proč právě tato část ostatků?
Pokud jde o lidské tělo, DNA nejdéle zůstává zachována v kompaktě kostí, kde se z osteocytů tvoří takové konzervy. Nejlepší dostupnost kompaktní kostní tkáně je v dlouhých kostech, případně je možné využít zubů nebo kůstek vnitřního ucha. Ale v tomto případě byla nejdostupnějším řešením stehenní kost.
Jak staré vzorky jste schopni analyzovat?
Na jednoduchou otázku neexistuje jednoduchá odpověď. Dají se zpracovávat tisíce, dokonce desetitisíce let staré kosti. V těchto případech by výsledky sice nebyly zcela použitelné pro forenzní účely, ale platí, že když je kost dobře uložena, dá se z ní DNA využít i po velmi dlouhé době. Někdy se dokonce analyzuje lépe než rok starý kosterní nález, který se nacházel ve vlhkém prostředí. V něm do toho vstupuje bakteriální DNA, různé enzymatické procesy, plísně nebo toxické látky z podloží. Zpracovávat DNA z kostí je tedy teoreticky možné u vzorků starých mnoho tisíc let, ale to jsou extrémy a rozhodně nelze říci, že se to z každé vyzvednuté kosti podaří. S biologickým materiálem je to vždycky vabank.
V kriminálních seriálech a filmech se hodně operuje s termínem mitochondriální DNA, která se místo v jádru nalézá v mitochondriích a dědí se pouze po matce. Je skutečně odolnější?
Ano, ta vydrží ještě déle, protože je malá, kruhová, lépe odolá vnějšímu prostředí. Navíc v jedné buňce jsou až desítky tisíc kopií, zatímco genomová DNA v jádře má jen dvě.
Z jakého druhu biologického materiálu jste schopni DNA odebrat?
Prakticky z každého, který obsahuje jaderné buňky. Jde o bílé krvinky, z pokožky, vlasů, nehtů, moči, stolice, kostí, spermatu, z jakékoli části těla.
U vlasů ale musíte mít k dispozici kořínek, je to tak?
Je to tak. Jak vlasy odrůstají, tak se keratinizují. Jako první u buněk praskne jádro a jeho obsah se vylije do cytoplasmy. Na DNA působí spousta enzymů, sluneční záření, vlasy jsou barveny a odbarvovány. Vnější vlivy DNA úplně rozmydlí / rozbijí. Je třeba mít vlas, který je aktivně vytržený v době, kdy je vitální. Nicméně stačí jen jeden s kořenovým váčkem, abychom mohli profil sestavit. Pokud vlas vypadává na konci své životnosti, úspěšnost klesá někam k padesáti procentům. A jestliže je ustřižen, z genetického hlediska už nemá cenu se s ním zabývat.
Jak velký musí vzorek být?
„Teorie říká, že polymerázová řetězová reakce (PCR) je schopna namnožit genetický materiál z jedné jediné buňky. Jenže teorie není v běžné laboratoři proveditelná. V praxi můžeme mluvit o řádově vyšších desítkách buněk. Mohou stačit desítky pikogramů DNA, abychom byli schopni profil sestavit. Samozřejmě pak záleží na tom, do jaké míry je DNA degradovaná, zda je rozbitá. Často se podaří extrahovat DNA z mikrokapičky, kterou ani nevidíte. Dělají se i plošné stěry - pokud někde chytnete za kliku, je velká šance, že vás ve vzorku najdeme. Pokud od té doby za stejnou kliku nevzalo dalších 150 lidí.“
Forenzní genetika udělala za třicet let obrovský posun, v devadesátých letech kriminalisté čekali na analýzu několik měsíců. Můžete popsat zkoumání genetického materiálu tehdy a nyní?
„V začátcích se analyzoval každý lokus (vybraný úsek DNA) zvlášť. První PCR se prováděla tak, že byly k dispozici tři vodní lázně různé teploty a zkumavky se ručně přendavaly z jedné do druhé. Dneska je technologie úplně někde jinde, za dvě hodiny jsme schopni získat analýzu, kterou naši předchůdci museli z materiálu získávat týdny. U začátků forenzní genetiky v Československu stál docent Vladimír Ferák, po rozdělení federace přešel výzkum na Kriminalistický ústav Praha, kde se mu věnoval doktor Jaroslav Brouček.“
Je vůbec nějaký prostor, kam by se mohla forenzní genetika ještě posunout?
Například proces sekvenování je dneska úplně někde jinde, než byl před deseti lety. Masivní paralelní sekvenování vám umožňuje osekvenovat obrovské množství materiálu, v podstatě celý lidský genom, v reálném čase. Právě tady já ty možnosti spatřuji. Otázka je, co z toho bude pro kriminalistiku přínosné. Když se dostáváme na čím dál větší citlivost z čím dál menšího množství materiálu, někdy to může být i kontraproduktivní, protože zároveň zachytáváme kdejaký balast, který následně ztěžuje interpretaci. Takže je otázka, kudy se vydat. Z vědeckého hlediska jsou zajímavé krátké tandemové repetice a jako progresivní vidím single-nukleotidové záměny a sekvenování, ale zase bychom přišli o ta data, která jsou během dvaceti let nasbírána v databázích a při objasňování trestných činů nám významně pomáhají. Když se podíváte, kolik je díky takzvaným „cold hitům“, tedy úspěšným porovnání DNA z místa činu s databázemi, odhaleno pachatelů, na které by policisté leckdy ani nepřišli… Technika a technologie letí velmi rychle dopředu a využitelná je celá řada věcí. Ale otázka je, jak s nimi ve forenzní genetice naložit.
Název vašeho pracoviště je Laboratoř forenzní a lékařské genetiky. Kolik procent agendy věnujete forenzní genetice a jaký podíl medicínským analýzám?
Co se týká objemu práce, většina spadá pod klinickou medicínu. Našimi největšími zadavateli jsou indikující lékaři, kdy k nám chodí zkumavky s odebranou krví, ale i samoplátci, kteří třeba nesplňují indikační kritéria. Rutinní záležitostí jsou testy paternity (otcovství), v poslední době se čím dál víc věnujeme moderním testovacím metodám, jako je například TREC a KREC (test na závažné vrozené poruchy imunity u novorozenců).
Genealogické testy předků ve svém portfoliu máte?
Naše laboratoř se zabývá znaleckou činností. Služby, jako je zpracování genetické analýzy s cílem určení původu, nenabízíme. Někdy se tomu hanlivě říká zájmová nebo rekreační genetika, kdy si nechám zpracovat svůj profil a zjistím, že mám v sobě třeba 40 procent genomu vikingského, další podíl germánského a slovanského původu. Veřejnost to může hodně zajímat, některé firmy dělají i genetické obrazy, ale tohle mi aktuálně nenabízíme.
Před šesti lety jste identifikovali ostatky pátera Josefa Toufara, který byl umučen komunistickým režimem. Jako zdroj DNA vám posloužila stehenní kost. Proč právě tato část ostatků?
Pokud jde o lidské tělo, DNA nejdéle zůstává zachována v kompaktě kostí, kde se z osteocytů tvoří takové konzervy. Nejlepší dostupnost kompaktní kostní tkáně je v dlouhých kostech, případně je možné využít zubů nebo kůstek vnitřního ucha. Ale v tomto případě byla nejdostupnějším řešením stehenní kost.
Jak staré vzorky jste schopni analyzovat?
Na jednoduchou otázku neexistuje jednoduchá odpověď. Dají se zpracovávat tisíce, dokonce desetitisíce let staré kosti. V těchto případech by výsledky sice nebyly zcela použitelné pro forenzní účely, ale platí, že když je kost dobře uložena, dá se z ní DNA využít i po velmi dlouhé době. Někdy se dokonce analyzuje lépe než rok starý kosterní nález, který se nacházel ve vlhkém prostředí. V něm do toho vstupuje bakteriální DNA, různé enzymatické procesy, plísně nebo toxické látky z podloží. Zpracovávat DNA z kostí je tedy teoreticky možné u vzorků starých mnoho tisíc let, ale to jsou extrémy a rozhodně nelze říci, že se to z každé vyzvednuté kosti podaří. S biologickým materiálem je to vždycky vabank.
V kriminálních seriálech a filmech se hodně operuje s termínem mitochondriální DNA, která se místo v jádru nalézá v mitochondriích a dědí se pouze po matce. Je skutečně odolnější?
Ano, ta vydrží ještě déle, protože je malá, kruhová, lépe odolá vnějšímu prostředí. Navíc v jedné buňce jsou až desítky tisíc kopií, zatímco genomová DNA v jádře má jen dvě.
Z jakého druhu biologického materiálu jste schopni DNA odebrat?
Prakticky z každého, který obsahuje jaderné buňky. Jde o bílé krvinky, z pokožky, vlasů, nehtů, moči, stolice, kostí, spermatu, z jakékoli části těla.
U vlasů ale musíte mít k dispozici kořínek, je to tak?
Je to tak. Jak vlasy odrůstají, tak se keratinizují. Jako první u buněk praskne jádro a jeho obsah se vylije do cytoplasmy. Na DNA působí spousta enzymů, sluneční záření, vlasy jsou barveny a odbarvovány. Vnější vlivy DNA úplně rozmydlí / rozbijí. Je třeba mít vlas, který je aktivně vytržený v době, kdy je vitální. Nicméně stačí jen jeden s kořenovým váčkem, abychom mohli profil sestavit. Pokud vlas vypadává na konci své životnosti, úspěšnost klesá někam k padesáti procentům. A jestliže je ustřižen, z genetického hlediska už nemá cenu se s ním zabývat.
Jak velký musí vzorek být?
„Teorie říká, že polymerázová řetězová reakce (PCR) je schopna namnožit genetický materiál z jedné jediné buňky. Jenže teorie není v běžné laboratoři proveditelná. V praxi můžeme mluvit o řádově vyšších desítkách buněk. Mohou stačit desítky pikogramů DNA, abychom byli schopni profil sestavit. Samozřejmě pak záleží na tom, do jaké míry je DNA degradovaná, zda je rozbitá. Často se podaří extrahovat DNA z mikrokapičky, kterou ani nevidíte. Dělají se i plošné stěry - pokud někde chytnete za kliku, je velká šance, že vás ve vzorku najdeme. Pokud od té doby za stejnou kliku nevzalo dalších 150 lidí.“
Forenzní genetika udělala za třicet let obrovský posun, v devadesátých letech kriminalisté čekali na analýzu několik měsíců. Můžete popsat zkoumání genetického materiálu tehdy a nyní?
„V začátcích se analyzoval každý lokus (vybraný úsek DNA) zvlášť. První PCR se prováděla tak, že byly k dispozici tři vodní lázně různé teploty a zkumavky se ručně přendavaly z jedné do druhé. Dneska je technologie úplně někde jinde, za dvě hodiny jsme schopni získat analýzu, kterou naši předchůdci museli z materiálu získávat týdny. U začátků forenzní genetiky v Československu stál docent Vladimír Ferák, po rozdělení federace přešel výzkum na Kriminalistický ústav Praha, kde se mu věnoval doktor Jaroslav Brouček.“
Je vůbec nějaký prostor, kam by se mohla forenzní genetika ještě posunout?
Například proces sekvenování je dneska úplně někde jinde, než byl před deseti lety. Masivní paralelní sekvenování vám umožňuje osekvenovat obrovské množství materiálu, v podstatě celý lidský genom, v reálném čase. Právě tady já ty možnosti spatřuji. Otázka je, co z toho bude pro kriminalistiku přínosné. Když se dostáváme na čím dál větší citlivost z čím dál menšího množství materiálu, někdy to může být i kontraproduktivní, protože zároveň zachytáváme kdejaký balast, který následně ztěžuje interpretaci. Takže je otázka, kudy se vydat. Z vědeckého hlediska jsou zajímavé krátké tandemové repetice a jako progresivní vidím single-nukleotidové záměny a sekvenování, ale zase bychom přišli o ta data, která jsou během dvaceti let nasbírána v databázích a při objasňování trestných činů nám významně pomáhají. Když se podíváte, kolik je díky takzvaným „cold hitům“, tedy úspěšným porovnání DNA z místa činu s databázemi, odhaleno pachatelů, na které by policisté leckdy ani nepřišli… Technika a technologie letí velmi rychle dopředu a využitelná je celá řada věcí. Ale otázka je, jak s nimi ve forenzní genetice naložit.
Název vašeho pracoviště je Laboratoř forenzní a lékařské genetiky. Kolik procent agendy věnujete forenzní genetice a jaký podíl medicínským analýzám?
Co se týká objemu práce, většina spadá pod klinickou medicínu. Našimi největšími zadavateli jsou indikující lékaři, kdy k nám chodí zkumavky s odebranou krví, ale i samoplátci, kteří třeba nesplňují indikační kritéria. Rutinní záležitostí jsou testy paternity (otcovství), v poslední době se čím dál víc věnujeme moderním testovacím metodám, jako je například TREC a KREC (test na závažné vrozené poruchy imunity u novorozenců).
Genealogické testy předků ve svém portfoliu máte?
Naše laboratoř se zabývá znaleckou činností. Služby, jako je zpracování genetické analýzy s cílem určení původu, nenabízíme. Někdy se tomu hanlivě říká zájmová nebo rekreační genetika, kdy si nechám zpracovat svůj profil a zjistím, že mám v sobě třeba 40 procent genomu vikingského, další podíl germánského a slovanského původu. Veřejnost to může hodně zajímat, některé firmy dělají i genetické obrazy, ale tohle mi aktuálně nenabízíme.