До сих пор мы говорили о геномах людей, но есть еще и геномы наших маленьких спутников – бактерий и вирусов. Обычно определением возбудителя болезни по геному занимается обыкновенная медицина, а не судебная. Однако в некоторых случаях исследование геномов микроорганизмов позволяет восстановить историю преступления. Бактерии и вирусы размножаются быстро, изменения в их геномах тоже накапливаются быстро, ветвистая родословная может вырасти за месяцы и годы. Точно так же, как по ДНК людей мы узнаем историю их рода, по ДНК микроорганизмов можно реконструировать их историю, понять, кто кого заразил. И бывает так, что эта чисто эпидемиологическая задача проходит по ведомству криминалистики. Например, если распространению инфекции помогает чей-то злой умысел.

“Дело о письмах с сибирской язвой” началось в первые годы нового тысячелетия. Через неделю после терактов 11 сентября 2001 г. кто-то отправил по почте в редакции нескольких СМИ, а также двум сенаторам от демократической партии конверты, в которых были записки с угрозами США и Израилю, прославлением Аллаха. А еще в них были споры Bacillus anthracis. Погибли пять человек, 17 заразились.

В этой жуткой истории, как ни странно, был позитивный момент: не всякий биотеррорист позаботится снабдить следователей исходным биоматериалом, который можно аккуратно пересыпать из конвертов в пробирки, скорее, возбудитель придется выделять из организма жертвы и сложно будет понять, откуда он взялся. Первоначальное исследование генома позволило определить штамм – B. anthracis Ames. Этот штамм был хорошо охарактеризован и активно применялся в разработке вакцин.

Бактерий посеяли на чашки Петри с агаром – это метод классической микробиологии, которая нескоро сдаст позиции даже в XXI в., исследование морфологии, то есть внешнего вида бактериальных колоний. Каждая колония – маленькая “пуговка” на агаре – вырастает из одной бактерии. Если некоторые пуговки отличаются от большинства по форме, толщине, цвету, скорости роста, это значит, что родоначальница колонии имеет некую мутацию, что-то изменилось в ее жизни. Помните историю из главы “Явление двойной спирали” о шероховатых и гладких колониях стрептококков, которые помогли установить, что вещество наследственности – это ДНК? Правда, тут надо кое-что уточнить: две желтенькие колонии среди белых необязательно имеют одну и ту же мутацию, необязательно даже в одном гене; один и тот же метаболический путь бактерии можно испортить многими способами, а внешний вид колонии при этом изменится одинаково.

Опытные микробиологи заметили на чашках, засеянных спорами из конвертов, небольшое количество колоний, непохожих на остальные. Удалось показать, что необычные колонии несут определенные мутации, при этом в других изолятах сибирской язвы, не связанных с терактами, таких мутаций нет.

Да, вот это интересный нюанс судебно-медицинской микробиологии. Мы можем надеяться, что во всех клетках одного человека, за редкими исключениями, геном в целом один и тот же, на чем и основана идея ДНК-фингерпринта. А у бактерий или вирусов, полученных из одного источника, в геномах будут неизбежные разночтения, они, как уже говорилось, эволюционируют быстро. Это осложняет секвенирование методом Сенгера, но это же можно использовать в расследовании. Что если рассматривать набор мутаций в образце как своего рода штрихкод и поискать, не увидим ли мы где-то еще такой же набор мутаций?

Геномы бактерий из странных на вид колоний отсеквенировали (эту работу выполнял Институт геномных исследований Крейга Вентера, на тот момент безусловный лидер в геномике микроорганизмов), выбрали четыре мутации и сделали тесты на основе ПЦР для выявления этих мутаций. Тесты были нужны, чтобы просканировать обширную коллекцию образцов сибирской язвы, собранную ФБР в различных лабораториях. B. anthracis считается перспективным биологическим оружием из-за стабильности спор, способности распространяться по воздуху (хотя в нормальных условиях воздушно-капельный путь заражения сибирской язвой – экзотика), а также из-за высокого уровня инфекционности и летальности. В лабораториях возбудителя сибирской язвы много: все, конечно, стремятся сделать вакцину, прежде чем потенциальный противник нанесет удар. А у ФБР к этому моменту уже было пренеприятное подозрение, что террорист – не кустарь-одиночка, а ученый, имеющий доступ к передовым биотехнологиям.

Было исследовано около тысячи образцов, искомые мутации находили в десятках из них, но все четыре одновременно – только в восьми, причем семь происходили из одного источника. Так следствие заинтересовалось колбой RMR-1029 из лаборатории Института медицинских исследований инфекционных заболеваний вооруженных сил США (USAMRIID) в Форт-Детрике, Мэриленд. За колбу отвечал некий Брюс Айвинс, микробиолог и специалист по вакцинации. Именно с ним и с этой колбой вышла мутная история: первый образец, который Айвинс и его лаборант приготовили для нужд следствия, был забракован из-за нарушения протокола. Повторно присланный образец оказался чистым, но первый, забракованный, сохранили и тоже проверили – и нашли все четыре мутации. Конечно, случайности бывают всякие, но, когда из той же колбы стали брать образцы другие люди, чистого не получилось ни одного (хотя ни в одном не было всех четырех мутаций одновременно).

Приблизительно в 2006 г. Айвинс стал основным подозреваемым. Человеком он был странноватым, с детскими и юношескими психологическими травмами, – хотя у кого не найдется странностей, если искать будут федералы, расследующие дело о террористическом акте? Вдобавок СМИ не преминули отметить, что он соавтор двух патентов на вакцину от сибирской язвы, так что мотивы якобы лежат на поверхности (как отметили эксперты, это бред: патенты в любом случае принадлежали работодателю Айвинса, то есть армии США). В 2009 г. Брюс Айвинс покончил с собой, прежде чем ему предъявили официальные обвинения. В его виновности до сих пор сомневаются многие, включая жертв нападения и коллег.

Впоследствии ФБР попросило комиссию из Национальной академии наук сделать обзор научной части расследования. Обзор был опубликован 15 мая 2011 г.,, и там говорилось, в частности, что, вопреки первоначальным заявлениям ФБР о происхождении разосланных в письмах спор из колбы RMR-1029, этот вывод нельзя считать строго доказанным. По крайней мере – на основании одних только данных научной экспертизы такой вывод сделать невозможно. Проблемы в недостаточной чувствительности и специфичности тестов, а также в том, как была собрана коллекция образцов. Положа руку на сердце, информация, полученная при исследовании спор, не позволяет гарантировать, что такая же мутационная “подпись” не присутствовала в образце из другой лаборатории, не попавшем в поле зрения следователей.

Комиссия также сформулировала выводы на будущее: если снова возникнет необходимость в подобном расследовании, следует использовать методы NGS – высокопроизводительного секвенирования нового поколения, сосредоточиваться на однонуклеотидных полиморфизмах, а также тщательно обдумать методику отбора образцов и статистической обработки данных. Был ли Брюс Айвинс злодеем или жертвой обстоятельств, по сей день неизвестно. Возможно, изучение сохраненных образцов на новом витке технологий что-то прояснит, и эта история будет рассказана до конца.

Интересно, что драма с сибирской язвой в то же самое время разыгралась и в Европе. В 2000–2012 гг. в Германии и Великобритании зарегистрировали более 100 случаев этого заболевания, и все – среди наркоманов. Болезнь протекала тяжело, совсем не так, как обычно, с десятками летальных исходов. Оказалось, что эти люди заразились, делая себе уколы героина, – возбудитель был в наркотике. Генотипирование с использованием однонуклеотидных полиморфизмов и тандемных повторов установило, что все образцы бактерии Bacillus anthracis родственны между собой и происходят из одного источника. Какой-то праведник решил покарать грешников, не смущаясь тем, что B.anthracis передается и через кожу, и воздушно-капельным путем, то есть риску подвергаются ни в чем не повинные люди. Результаты исследования были опубликованы в 2014 г. Найти борца со злом, насколько мне известно, так и не удалось, но, по крайней мере, врачи были предупреждены.

С вирусами исследователям повезло больше. Жил в испанском городе Валенсия врач-анестезиолог Хуан Маэсо, на вид приличный человек, а на самом деле наркоман. Он систематически воровал у пациентов морфий, причем делал себе инъекции той же иглой, и полбеды, что лишал людей обезболивающего, а беда в том, что он был носителем вируса гепатита С. История эта открылась в феврале 1998 г. Сотни инфицированных людей, все перенесли операции в одной частной клинике и одной государственной больнице… довольно быстро выяснилось, что единственный общий фактор риска – анестезиолог. Но Маэсо, пытаясь оспорить обвинение, прибег к следующему аргументу: где доказательства, что этих людей заразил он, и не собираются ли на него повесить всех больных гепатитом в городе? А может, это он получил вирус от пациента!

Доказательства предоставила молекулярная филогения – изучение родословной вируса. Анализ определенных участков геномов вирусов, полученных у пациентов клиники, подтвердил, что 275 из 322 заразились от доктора-морфиниста. Подтвердилось и родство штаммов, и к тому же вероятный период заражения, рассчитанный через скорость возникновения мутаций, совпал с пребыванием пострадавших в клинике. “Эволюционный” метод был новым для судебной экспертизы, и авторы исследования, по их собственным словам, потратили два дня, чтобы объяснить суду, обвинению и защите, как это работает и что означают результаты. Юристы оценили их усилия, и Маэсо получил приличный срок.

В нынешнем десятилетии расследовать дела об умышленном заражении вроде бы стало проще. Молекулярная эпидемиология – реконструкция эволюции, путей и скорости распространения вирусов по геномным последовательностям – достигла существенных успехов; тот, кто захочет узнать об этом больше, пусть прочитает интервью Георгия Базыкина, зав. сектором молекулярной эволюции Института проблем передачи информации РАН. Но иногда кажется, что чем больше мы узнаем, тем сложнее становится задача.

В сентябре 2018 г. я побывала в Минске на конференции “Молекулярная диагностика”. Гвоздем программы была секция, посвященная NGS: даже британская Oxford Nanopore представила там свои достижения в секвенировании единичных молекул с помощью миниатюрного устройства, подключаемого к ноутбуку. На этой секции Павел Скумс (факультет информатики Университета штата Джорджия) рассказал о том, как применяются биоинформатические методы для расследования вспышек вирусных заболеваний.

Благодаря высокопроизводительному секвенированию мы получаем гораздо больше информации о вирусах. Если представить данные об их геномах графически – там, где раньше мы видели точку (один геном), теперь видим разветвленное дерево – популяцию вирусов, или квазивид. Такое “дерево” может произрастать и в организме одного человека, что осложняет расследование. Наркозависимый медработник, который использует шприцы пациентов, – сравнительно простой случай, труднее реконструировать распространение инфекции в сообществе наркоманов. Но даже в простом случае, если геномы вирусов в организме одного человека не идентичны и другому человеку передается вирус из минорного кластера, весьма вероятно, что он не будет обнаружен у донора, потому что не попадет в анализ, – и восстановить путь передачи с помощью одних геномных данных не удастся. Павел Скумс рассказал о том, как можно комбинировать эти данные с эпидемиологическими, и как алгоритмы филогенетического анализа вирусов дополняет представление о сети взаимодействующих друг с другом индивидов. У такой сети есть определенные математические свойства, вирус не передается от любого человека любому другому с одинаковой вероятностью, и это можно учитывать.

Впрочем, что это мы все о страшных патогенах? В последнее время активно изучаются микробиомы человека – сообщества в целом безвредных или даже полезных микроорганизмов, обитающих на коже человека, в его кишечнике, во рту и т. п. Множество научных групп по всему миру исследуют роль кишечного микробиома в похудении и ожирении, в пищевых привычках человека (это не мы сами хотим шоколадный торт в 11 вечера, это они посылают нам в кровь порабощающие волю сигналы!) и даже в развитии психических заболеваний. Что существенно для микробиома человека – он обладает ярко выраженной индивидуальностью, хоть и изменчив во времени. И, кроме шуток, специалисты уже придумывают, как бы приспособить микробиомику к задачам криминалистики. Микробиомы отличаются даже у идентичных близнецов, и, возможно, микробиологический профиль, снятый с мобильного телефона или орудия убийства, займет свое место рядом с другими уликами, не заменив их, но дополнив.

А теперь давайте вернемся к ДНК людей – простых, незамысловатых существ, которые передают гены только детям и мутируют с более-менее постоянной скоростью. Родство и происхождение по генетическим данным – это хорошо. Но что еще мы сможем узнать, когда полногеномное секвенирование станет совсем доступным? Когда, наконец, мы сумеем запустить программу, заложенную в геноме, и получить портрет человека? А некоторые говорят, что можно и не только портрет, а и пищевые привычки, и особенности темперамента, и возраст…

Для начала не будем заглядывать так далеко. Есть вещи относительно несложные и в то же время способные сузить круг подозреваемых: цвет кожи, волос, глаз.