Niebieskie oczy generała Sikorskiego

Metoda HIrisPlex umożliwia analizę 24 polimorfizmów DNA, które z dostatecznie dużą pewnością pozwalają ustalić kolor włosów i oczu osoby, od której DNA pochodzi. W trakcie najnowszych badań, naukowcy z Instytutu Ekspertyz Sądowych w Krakowie, Uniwersytetu Jagiellońskiego i Erasmus University w Rotterdamie potwierdzili, że metoda opracowana dla potrzeb bieżącej identyfikacji podejrzanych może być z powodzeniem stosowana także dla poważnie zdegradowanych próbek DNA, pochodzących nawet sprzed kilkuset lat.

Najstarszy przypadek, który został w pełni przeanalizowany dotyczy tajemniczych szczątków kobiety, pochowanej w Opactwie Benedyktynów w Tyńcu prawdopodobnie w XII wieku. W jej przypadku okazało się, że miała włosy koloru ciemny blond i brązowe oczy. Badania DNA generała Sikorskiego, którego portrety pokazywały blond kolor włosów i niebieski kolor oczu, miały z kolei na celu potwierdzenie, że metoda faktycznie przynosi wyniki zgodne z rzeczywistością.

Grzegorz Jasiński: O metodzie HIrisPlex zrobiło się głośno przed rokiem, kiedy państwo ujawnili, że z jej pomocą można z próbek DNA pobranych z miejsca przestępstwa rozpoznać kolor oczu i włosów ewentualnego sprawcy. Teraz posuwacie się znacznie dalej, bowiem przy użyciu tej samej metody potraficie rozpoznać te same parametry u osób, które zmarły dawno temu. Najsłynniejszy przypadek - generał Władysław Sikorski...

Wojciech Branicki, szef zespołu polskich naukowców, uczestniczących w programie badań DNA metodą HIrisPlex: Rzeczywiście. W 2011 roku wyselekcjonowaliśmy - jak my to nazywamy - predyktory, markery, na podstawie których potrafimy przeprowadzić predykcję koloru oczu i koloru włosów. W 2012 roku ukazała się praca, która pokazała, że zastosowanie opracowanego przez nas testu genetycznego w połączeniu z modelem matematycznym pozwala na odczytanie koloru włosów i oczu na podstawie typowych próbek biologicznych, które analizujemy dla celów sądowych. Ostatnia praca w "Investigative Genetics" idzie jeszcze dalej - pokazujemy, że jesteśmy w stanie za pomocą tej metody analizować próbki materiału kostnego i to mogą być kości bardzo stare, nawet 800-letnie. Na ich podstawie też da się określić kolor oczu i włosów danej osoby. 

Na czym ta metoda HIrisPlex polega?

To system specjalnie stworzony do predykcji koloru oczu i włosów. W tym systemie jest test genetyczny umożliwiający analizę 24 markerów, czyli 24 pozycji w DNA człowieka, nawet w materiale bardzo starym. Drugim elementem tego systemu jest model matematyczny, za pomocą którego jesteśmy w stanie określić prawdopodobieństwa koloru oczu i włosów na podstawie uzyskanych wyników badań. Jest to kompletny system złożony z dwóch elementów: testu genetycznego i modelu matematycznego.

Jak w praktyce realizuje się te badania i jak długo one trwają? Od momentu, kiedy próbka trafi do laboratorium.

Zależy to od tego, jaka to jest próbka. Jeśli to jest próbka krwi, a więc materiał stosunkowo łatwy do badania, te badania będą przebiegały szybciej. Jeśli to materiał kostny, zwłaszcza stare kości, zajmie nam to nieco więcej czasu. Ogólnie można przyjąć, że potrzeba około dwóch tygodni, by wykonać testy genetyczne i obliczenia matematyczne, połączone z odpowiednią interpretacją tego wyniku.

Powiedzmy kilka słów na temat badań szczątków generała Władysława Sikorskiego. Tu oczywiście chodziło nie tyle o samo ustalenie koloru oczu i włosów generała, ile o pokazanie, że to, co wiemy z relacji historycznych, da się rzeczywiście potwierdzić badaniami DNA.

Rzeczywiście nie był to materiał tak bardzo stary, poza tym z zapisów historycznych wiemy o tym, że generał Sikorski miał kolor włosów blond i niebieski kolor oczu. Tutaj chodziło o pewną demonstrację, że zastosowanie tej metody może pozwolić nam na odtworzenie tych cech fizycznych na podstawie materiału kostnego, i rzeczywiście stwierdziliśmy, że najwyższe prawdopodobieństwa uzyskaliśmy tutaj dla niebieskiego koloru oczu i blond włosów.

A jeśli chodzi o próbki nieznanych osób, o takie rekordowo stare, które państwo poddali tego typu badaniom, to jest to ta próbka sprzed 800 lat?

Jak do tej pory tak. To jest próbka z XII wieku, próbka kobiety, której szczątki znaleziono w klasztorze Benedyktynów w Tyńcu. Próbkę tę udostępnił nam pan dyrektor Henryk Głąb z Instytutu Zoologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Współpraca z Uniwersytetem okazuje się bardzo owocna.

Czy macie państwo na oku szczątki szczególnie słynnych osób z dalekiej przeszłości, które już badacie, do których już udało się dotrzeć?

To niewykluczone. To oczywiście zależy od tego, co archeolodzy i antropolodzy wykopią i będą chcieli badać. My tutaj oferujemy nasze metody, które są coraz bogatsze. Być może kolor oczu i włosów udałoby się określić dla materiału jeszcze starszego. Kto wie...

Doczytałem się wzmianki o świętym Łukaszu. To doby trop?

To dobry trop, ale dotarcie do tego typu próbek wydaje się w tym momencie poza naszym zasięgiem. Oczywiście bardzo chętnie zbadalibyśmy tego typu materiał.

Kolor oczu, kolor włosów to wiedza, którą możemy ustalić na dziś. Czy są szanse, że ta paleta się rozszerzy? Na pewno państwo nad tym pracujecie.

Jeśli chodzi o kolejne cechy fizyczne, wydaje się, że w naszym zasięgu w niedługim czasie będzie kolor skóry. Co dalej, trudno powiedzieć. Jeśli chodzi o wzrost, naukowcy na razie ponieśli porażkę. Wzrost jest cechą bardzo skomplikowaną, ale trwają też prace nad innymi cechami, na przykład morfologią twarzoczaszki, co w tej chwili wydaje się nieco prostsze i być może w przyszłości będziemy w stanie takie cechy również na podstawie wyników analizy DNA określać. Prawdopodobne są również takie cechy jak wczesne łysienie u mężczyzn, a być może inne cechy fizyczne. Zobaczymy. Na razie trwają badania podstawowe i trudno powiedzieć, które z tych cech będą na tyle mało złożone, że będą możliwe do wiarygodnej predykcji przez analizę DNA.

W jakim stopniu postępy choćby techniki komputerowej mogą przyczynić się do przyspieszenia tych badań? Bo oczywiście liczba czynników, które trzeba wziąć pod uwagę gwałtownie rośnie przy tych bardziej skomplikowanych przypadkach, ale możliwości rosną równie szybko.

Rzeczywiście oczekujemy postępu, jeśli chodzi o informatykę, ale też oczekujemy postępu, jeśli chodzi o same techniki analizy DNA. Postęp tych dwóch dziedzin da nam w przyszłości prawdopodobnie możliwość analizy wielu różnych cech, w tym prognozy nie tylko jeśli chodzi o cechy fizyczne, ale także wiele schorzeń. Tutaj ten postęp, jeśli chodzi o techniki analizy DNA jest naprawdę bardzo szybki i bioinformatyka również za tym podąża. Wydaje się, że przyszłość jest tu bardzo obiecująca.

Czy spodziewa się pan we w miarę dającej się przewidzieć przyszłości wyników badań szczątków tak starych, jak te, które teraz analizujecie, wskazujących na choroby, które te osoby przechodziły, być może przyczyn ich śmierci?

To byłyby niewątpliwie bardzo ciekawe badania. Czy będą prowadzone? Wydaje mi się, że tak. Pierwsze wyniki takich badań już są publikowane, dotyczą na przykład tego, czy do śmierci mogły się przyczynić określone zarazki. Wraz z postępem nauk biomedycznych będziemy również w stanie określić na przykład, jakie były schorzenia w średniowiecznym Krakowie.

Grzegorz Jasiński: Proszę powiedzieć, na czym polega przygotowanie próbek do badań DNA, no i najważniejsze - na czym polegają metody, jakie panowie stosujecie?

Andrzej Sekuła: Jeśli chodzi o próbki materiału kostnego, to musimy najpierw oczyścić kość z zanieczyszczeń, które znajdują się na jej powierzchni, a następnie wycinamy niewielki fragment tej kości, potem tniemy go na mniejsze fragmenty, które później zostaną jeszcze dokładniej doczyszczone, wypłukane, a następnie po zamrożeniu w ciekłym azocie będą zmielone na proszek. No i z tego proszku izoluje się DNA.

Jaki fragment kości tutaj najczęściej przynosi dobre wyniki?

Marek Kowalczyk: Zdecydowanie najlepsze wyniki dają kości twarde, kości długie, kość udowa, ramieniowa. Względnie zęby. Jeżeli w czaszce nie ma zębów, otwieramy czaszkę, dostajemy się do kości skalistych, wycinamy i dalej procedura wygląda tak, jak kolega powiedział: czyszczenie, cięcie na mniejsze, mielenie na pył kostny.

Czy to jest trochę takie szukanie igły w stogu siana? Czy na pierwszy rzut oka, kiedy widzicie panowie kość, już wiecie, czego można się spodziewać, czy ona przyniesie rzeczywiście jakiś materiał, czy też nie?

Andrzej Sekuła: Mniej więcej można ocenić tak, jak widać, czy kość jest bardzo stara, czy też jest to świeży materiał, gdzie np. jeszcze mogą być pozostałości tkanek miękkich. Przy czym my mamy tak dopracowaną metodę, że właściwie z kilkudziesięcioletnich kości w większości przypadków bez problemu uzyskujemy profil genetyczny. Nawet z kilkusetletnich próbek możemy uzyskać wynik, jeśli mamy odpowiedni materiał kostny, a najlepiej zęby. W przypadku starego materiału analiza DNA szczególnie dobrze wychodzi z zębów. Na ich podstawie jesteśmy w stanie takie wyniki uzyskać.

Czy macie panowie, jakiś swój prywatny rekord najstarszej próbki, która przyniosła konkretne wyniki?

Marek Kowalczyk: Śladowe wyniki, szczątkowy profil, uzyskaliśmy z kości 1800-letniej. Miejmy nadzieję, że to był ten właściwy, bo z taką kością miało do czynienia jeszcze sporo ludzi przed nami. Pojawia się pytanie, czy oni tam nie zostawili swoich jakichś śladów, swojego materiału. Zakładamy, że się udało. Robiliśmy takie próby w ramach eksperymentów zupełnie naukowych poza tą "sądówką", którą tu robimy.

Andrzej Sekuła: Ja może jeszcze dodam: takie właśnie w miarę ładne, pełne profile to wyszły z kości 800-letniej, też z wykopalisk archeologicznych.

Jeżeli panowie bierzecie pod uwagę zęby, to czy tutaj ma jakiekolwiek znaczenie w przypadku tych starych próbek, jaka to jest część zęba? Czy szkliwo, czy fragment, gdzie była miazga? Czy tutaj są różnice, da się to jakoś lepiej wypreparować?

Andrzej Sekuła: Nie, raczej nie rozdzielamy. Ząb jest pobierany w całości, najlepiej trzonowy i poddajemy go mieleniu.

Panowie jesteście ubrani w kombinezony i po to, żeby nie zabrudzić próbek i po to, żeby chronić się przed tym, co tam ewentualnie może się znajdować?

Marek Kowalczyk: Tak. Tak, ponieważ na materiale kostnym mogą się znajdować różnego rodzaju drobnoustroje, które mogą być szkodliwe dla człowieka. Im bardziej świeże są te kości, tym to zagrożenie jest większe, dlatego zabezpieczamy się stosując odpowiedni kombinezon. Chronimy się też przed pyłem kostnym, który unosi się w trakcie cięcia materiału kostnego. No a druga sprawa to jest potrzeba zabezpieczenia próbek kości przed naszym DNA. Ma to znaczenie zwłaszcza przy starych kościach, gdzie to DNA jest mocno zdegradowane, jest go już niewiele i każda domieszka DNA współczesnego mogłaby taki materiał zanieczyścić. Wtedy w badaniach uzyskalibyśmy własny profil DNA, zamiast tego profilu z kości.

To zadam jeszcze tylko jedno, ostatnie pytanie. Jak długo trwa mniej więcej przygotowanie próbki - od momentu, kiedy kość trafia do panów, do momentu, kiedy możecie przekazać już próbkę do dalszych badań?

Marek Kowalczyk: To są 2 dni.