Informace

Jak jsme schopni selektivně nafouknout tváře?


Nejprve pozorování - Všiml jsem si, že nemůžu nafouknout tváře s otevřenými ústy. To znamená, že nafukování tváří není vlastnost svalu a že za nafouknutí je zodpovědný pouze tlak vzduchu z plic uvězněných uvnitř mých zavřených úst. Jakmile jsem nafouknutý, mohu s jazykem hýbat kamkoli a stále si udržovat nafukování. To znamená, že jazyk také není zodpovědný za regulaci vzduchu uvnitř úst.

Pokračujeme, všichni víme, že buď můžeme nafouknout obě tváře, nebo můžeme nafouknout pouze tvář z jedné strany, nebo můžeme nafouknout *část obličeje mezi rty a bradou* (Nevím, jak se to vlastně jmenuje). Jednoduše řečeno, máme úplnou kontrolu nad tím, kterou část mého obličeje bych chtěl nafouknout.

Nechápu, jak je to možné bez kontroly svalů? Vzduch má tendenci zabírat veškerý prostor, a proto by se mi celé tváře měly nafouknout, aniž bych měl jakoukoli kontrolu, ale jak se ukazuje, dokážu vzduch ovládat a přesměrovat tak, aby vyvíjel tlak pouze na konkrétní tvář bez jakékoli pomoci jazyka. Jak?


Svaly mohou pouze „táhnout“, nikdy „tlačit“ - tak jsou prostě organizovány na molekulární úrovni. Věci můžeme tlačit pouze proto, že jako páky používáme klouby: pokud „táhnete“ za vnější povrch paží, můžete věci vytlačit rukama, protože tento tah působí na prodloužení předloktí.

Není opravdu možné nafouknout tváře svaly, protože v prostoru mimo tvůj obličej se nic nevznáší, proti čemu bys mohl zatáhnout. Když se usmíváte, vaše tváře se trochu nafouknou, ale myslím, že budete souhlasit, že je to úplně jiný typ „nafouknutí“ a pochází ze shromáždění hromady tkáně.

Je však docela snadné stahovat svaly v obličeji (konkrétně buccinator) zabránit tvář se vyklenula utažením svalů na tváři. Tlak vzduchu, který produkujete, je docela minimální, takže nevyžaduje mnoho síly. Tvář se vyboulí, když jsou svaly uvolněné, a nevybočuje, když jsou svaly stažené.


I když je pravda, že nemáme svaly na obličeji, které by aktivně hýbaly tváři, máme svaly, které by je napínaly (nevím, které konkrétní to jsou).

Pokud na (vybrané) tváře aplikujeme jak tlak vzduchu z plic, tak napětí, můžeme tím ovládat, které oblasti nafouknout.

Jako anekdotická poznámka: budování a používání tohoto napětí je zvláště důležité pro hudebníky hrající na dechové nástroje


Bratrstvo mého bratra a#8217 má domácího psa jménem Ruby a ona je směsicí zlatého retrívra. Je to jeden z nejroztomilejších psů, jaké jsem kdy viděl (můj pes doma je the nejroztomilejší pes) a vždy ji rád hladím, kdykoli ji vidím a myslím si, že je tak roztomilá! Pak jsem začal přemýšlet, myslím, že většina a pokud ne všechna zvířata jsou roztomilá, proč si to myslím? Proč si myslím, že je kočka roztomilá, ale ostatní lidé se mohou na stejnou kočku dívat a považovat ji za ošklivou? Je za tím vědecký důvod?

Podle toho spočívá odpověď pod evoluční biologií. Je v naší povaze najít věci roztomilé. Konrad Lorenz a rakouský vědec studovali, proč si my lidé myslíme, že jsou věci roztomilé. Přišel s kinderschema které jsou sady vlastností, které považujeme za roztomilé a rozkošné. Tyto rysy jsou „velká hlava vzhledem k velikosti těla, zaoblená hlava velká, vyčnívající čelo velké oči vzhledem k obličeji, oči pod střední linií hlavy zaoblené, vyčnívající tváře zaoblený tvar těla a měkké, elastické povrchy těla“, tvrdí Irenaus Eibl-Eibesfedlt, zakladatel lidské etologie. To dává více informací o Lorenzovi a jeho studiích.

Nejen, že se rádi díváme na roztomilá malá zvířata, ale podle tohoto článku roztomilé věci vyvolávají naši agresi. Tento článek hovoří o studii, která byla provedena, kde si 109 účastníků prohlédlo obrázky štěňat a oni souhlasili s tvrzením “Já to nemůžu zvládnout! ” a také řekli, že mají chuť něco vymáčknout. Bylo zjištěno, že čím roztomilejší zvíře bylo, tím agresivnější byla reakce. Rebecca Dyerová, absolventka univerzity v Yale, tento jev nazývá “cute agrese. ” Proběhl druhý výzkumník, aby zjistil, zda byla agrese pouze verbální, ale také ne fyzická. Lidé viděli prezentaci roztomilých zvířat a vyskočili 120 bublin, zatímco při prezentaci, která ukázala neutrální obrázky, bylo vyskočeno pouze 80–100 bublin. Rebecca Dyer naznačuje, že bychom mohli mít tolik zadržené agrese, když vidíme něco roztomilého, protože okamžitou reakcí je postarat se o to. To je důvod, proč pokud vidíte roztomilé štěně, vaše první reakce je chtít ho chytit a přitulit.

Tento web však vysvětluje, jak vám pohled na roztomilé obrázky zvířat může pomoci soustředit se. A studie byla provedena na Hirošimské univerzitě v Japonsku. Experiment zahrnoval prohlížení určitých obrázků a poté dokončení koncentračního úkolu, kterým bylo nalezení daného čísla v náhodném sledu čísel, nebo hraní hry Operace. Použité obrázky byly buď obrázky jídla nebo obrázky štěňat a koťat. Po prohlížení obrázků roztomilých zvířátek se výkon ve hře Operace zvýšil o 44%, ale dokončení úkolu také trvalo o 12% déle. Úloha čísel také zaznamenala 16% přesnost.

Obrázek vpravo je štěně mé sestry a#8217, Sox. Máte pocit, že vůbec pomáhá vaší koncentraci? Zdá se vám roztomilý nebo máte nutkání ho popadnout?

Zde je video od Youtubera Vsauce, který hovoří o tom, proč považujeme zvířata za roztomilá, kdyby vás to zajímalo více!


Proč se díváme na hezké tváře

Několik vizuálních dojmů lze srovnávat se zájmem lidí o tváře. Nový výzkum naznačuje, že náš mozek nás odměňuje za pohled na hezké tváře.

Rychlý pohled na obličej nám poskytne bohaté informace o osobě před námi. Známe se? Muž nebo žena? Šťastný nebo naštvaný? Přitažlivý?

Olga Chelnokova ve své disertační práci vedené na Katedře psychologie Univerzity v Oslu zkoumala, jak je náš vizuální systém schopen zaměřit pozornost na nejdůležitější informace v obličeji. Její studie naznačuje, že evoluce z nás udělala odborníky na tváře.

„Jsme velmi zvědaví na tváře ostatních, čteme v nich příběhy a hodnotíme jejich estetickou hodnotu,“ říká Chelnokova.

Nedalo se přestat hledat

Spolu s kolegy z výzkumné skupiny Hedonic Pharmacology lab odhalila, že systém odměňování mozku - shluk oblastí hluboko v našem mozku - se podílí na hodnocení atraktivity ostatních lidí.

„Systém odměn se podílí na vytváření zážitku potěšení, když si například pochutnáme na chutném jídle nebo náhodou vyhrajeme v loterii. Ukazuje se, že stejný systém se také podílí na vytváření pocitů potěšení, když se díváme na hezkou tvář, “říká.

Předchozí výzkum ukázal vysokou míru shody mezi lidmi, pokud jde o hodnocení atraktivity obličeje. V současné studii vědci nechali účastníky prohlížet obrázky obličejů, které byly předem hodnoceny jako nejvíce, středně pokročilé nebo méně atraktivní. Stalo se tak poté, co účastníci dostali malou dávku morfinu, léku, který stimuluje systém odměn.

„Účastníci hodnotili nejatraktivnější tváře jako ještě atraktivnější a byli ochotni udělat více stisknutí tlačítka, které jim umožní déle se dívat na obrázek. Rovněž strávili více času pohledem do očí lidí na obrázcích. Důležité je „Pozorovali jsme opačné chování, když jsme zablokovali systém odměn jinou drogou, takže například naši účastníci dali nejatraktivnějším tvářím nižší hodnocení,“ vysvětluje Chelnokova.

Vědci neviděli žádný účinek léků, když si účastníci prohlíželi obrázky přechodných nebo méně atraktivních tváří.

Teorie evoluce

Je možné, že se lidský mozek vyvinul, aby posílil chování, které je pro nás jako druh evolučně příznivé? Podle vědců to velmi dobře mohlo mít.

„Předchozí výzkum prokázal vazby mezi přitažlivostí obličeje a několika faktory důležitými pro evoluční šíření našeho druhu, jako je zdraví a dobrý reprodukční potenciál. Můžeme spekulovat, že za naším mozkem, který se rád dívá a chce se více dívat, je evoluční důvod atraktivní tvář, “říká Olga Chelnokova.

Zdůrazňuje však, že systém odměn poskytuje okamžitou reakci, extra potěšení, ale že reakce systému neurčuje cestu pro naše chování v dlouhodobém horizontu.

„Například nemůžeme jíst čokoládu pořád, protože není zdravá. Podobně existuje mnoho faktorů, které k dobrému vztahu přispívají mnohem více než přitažlivost obličeje. Ale o dalších vlastnostech se dozvídáme více, až poznáme toho druhého. lepší."

Hledám oční kontaktt

Další studie ve své diplomové práci nechala účastníky prohlížet trojrozměrné obrázky tváří a sledovat jejich pohyby očí. Vědci zaznamenali, které části tváří si účastníci prohlíželi, když byli požádáni, aby rozpoznali tváře. Účastníkům byly ukázány stejné tváře z různých pohledů.

„Rozpoznat tvář z nového pohledu není snadný úkol, protože tváře mohou vypadat docela odlišně v závislosti na pohledu,“ vysvětluje Chelnokova.

Vědci ukázali, že 3-D informace o struktuře obličeje nám pomáhají rozpoznávat tváře z různých pohledů. Viděli také, že náš vizuální systém směřuje pozornost k obličejovým částem, které nám rychle poskytují potřebné informace, jako jsou oči.

Mění naše chování

Dřívější studie již propojily systém odměňování mozku s naší zkušeností s krásou obličeje ostatních. V těchto studiích vědci skenovali mozek účastníků, zatímco si prohlíželi obrázky tváří. Vědci ukázali, že pasivní prohlížení krásných tváří zvyšuje aktivitu v systému odměn.

Tento předchozí důkaz je však pouze korelační, což znamená, že vědci pozorovali pouze zvýšenou aktivaci mozku u atraktivních tváří, ale netestovali, zda tato aktivita skutečně ovlivňuje, jak moc se lidem líbily tváře, které viděli.

Výsledky z aktuální disertační práce byly prvními, které prokázaly, že změna úrovně aktivity v systému odměňování mozku má za následek změny v chování, jako je třeba ještě více milovat atraktivní tváře a chtít se na ně dívat déle.

„Důležitost očí pro naše hodnocení druhých byla dobře zdokumentována. Například je těžké někoho poznat, pokud jsou jeho oči skryté, zatímco pokud nám někdo lže, často mu to vidíme v očích. Obecně „Pokud máme pochopit, jak se cítí jiný člověk, oči nám mohou poskytnout většinu požadovaných informací,“ říká Olga Chelnokova.

Také nos a tváře se ukázaly být důležité pro účastníky studie, zejména při pohledu na tváře ve 3-D, kde nám tyto rysy obličeje poskytují cenné narážky na objemové vlastnosti obličeje.


Obsah

Počínaje osmdesátými léty vědecký pokrok umožnil použití DNA jako materiálu pro identifikaci jedince. První patent pokrývající přímé použití variací DNA pro kriminalistiku podal Jeffrey Glassberg v roce 1983 na základě práce, kterou vykonal na Rockefellerově univerzitě v roce 1981. Ve Spojeném království genetik Sir Alec Jeffreys [5] [6] [7 ] [8] nezávisle vyvinuli proces profilování DNA začínající koncem roku 1984 [9] při práci na katedře genetiky na univerzitě v Leicesteru. [10]

Tento proces, vyvinutý Jeffreysem ve spojení s Peterem Gillem a Daveem Werrettem z Forensic Science Service (FSS), byl poprvé použit forenzně při řešení vraždy dvou dospívajících dívek, které byly znásilněny a zavražděny v Narborough, Leicestershire v roce 1983 a 1986. Při vyšetřování vraždy vedeném detektivem Davidem Bakerem DNA obsažená ve vzorcích krve získaných dobrovolně od přibližně 5 000 místních mužů, kteří při vyšetřování ochotně pomáhali police v Leicestershire, vyústila v osvobození muže, který se přiznal k jednomu ze zločinů a následné odsouzení Colina Pitchforka. Pitchfork, zaměstnanec místní pekárny, donutil svého spolupracovníka Iana Kellyho, aby se ho zastal, když poskytl vzorek krve, Kelly poté použila kovaný pas k zosobnění Pitchforka. Podvod nahlásil policii další spolupracovník. Pitchfork byl zatčen a jeho krev byla odeslána do Jeffreyho laboratoře ke zpracování a vývoji profilu. Pitchforkův profil odpovídal DNA zanechané vrahem, což potvrdilo přítomnost Pitchforka na obou místech činu, k nimž se přiznal oběma vraždami. [11]

Ačkoli je 99,9% sekvencí lidské DNA u každého člověka stejných, dostatek DNA je odlišných na to, že je možné odlišit jednoho jedince od druhého, pokud se nejedná o jednovaječná (identická) dvojčata. [12] DNA profilování využívá repetitivní sekvence, které jsou vysoce variabilní, [12] nazývané tandemové replikáty s proměnným počtem (VNTR), zejména krátké tandemové repetice (STR), známé také jako mikrosatelity, a minisatelity. VNTR lokusy jsou podobné mezi blízce příbuznými jedinci, ale jsou tak variabilní, že nesouvisející jedinci pravděpodobně nebudou mít stejné VNTR.

Proces vyvinutý Glassbergem a nezávisle Jeffreysem začíná vzorkem DNA jedince (obvykle se nazývá „referenční vzorek“). Referenční vzorky se obvykle odebírají bukálním tamponem. Pokud to není k dispozici (například je -li soudní příkaz nutný, ale nelze jej získat), mohou být k odebrání vzorku krve, slin, spermatu, vaginálního lubrikantu nebo jiné tekutiny nebo tkáně z předmětů osobní potřeby (například zubní kartáček, holicí strojek) nebo ze skladovaných vzorků (například svázané sperma nebo bioptická tkáň). Vzorky získané od pokrevních příbuzných mohou indikovat profil jedince, stejně jako předchozí profilované lidské ostatky. Referenční vzorek je poté analyzován za účelem vytvoření profilu DNA jedince pomocí jedné z níže popsaných technik. Profil DNA se poté porovná s jiným vzorkem, aby se určilo, zda existuje genetická shoda.

Extrakce DNA Upravit

Když je získán vzorek, jako je krev nebo sliny, je DNA pouze malou částí toho, co je ve vzorku přítomno. DNA může být analyzována, musí být extrahována z buněk a purifikována. Toho lze dosáhnout mnoha způsoby, ale všechny metody se řídí stejným základním postupem. Buněčné a jaderné membrány je třeba rozbít, aby byla DNA v roztoku volná. Jakmile je DNA volná, může být oddělena od všech ostatních buněčných složek. Poté, co byla DNA v roztoku separována, mohou být zbývající buněčné zbytky odstraněny z roztoku a zlikvidovány, přičemž zůstane pouze DNA. Mezi nejběžnější metody extrakce DNA patří organická extrakce (také nazývaná fenol -chloroformová extrakce), Chelexova extrakce a extrakce na pevné fázi. Diferenciální extrakce je modifikovaná verze extrakce, ve které lze DNA ze dvou různých typů buněk od sebe před čištěním z roztoku oddělit. Každá metoda extrakce funguje dobře v laboratoři, ale analytici obvykle vybírají svou preferovanou metodu na základě faktorů, jako jsou náklady, čas, množství získané DNA a kvalita získané DNA. [13] Poté, co je DNA extrahována ze vzorku, může být analyzována, ať už je to pomocí analýzy RFLP nebo kvantifikace a analýzy PCR.

RFLP analýza Upravit

Zahrnuty byly první metody zjišťování genetiky používané pro profilování DNA RFLP analýza. DNA se sbírá z buněk a rozřeže se na malé kousky pomocí restrikčního enzymu (restrikční štěpení). To generuje fragmenty DNA různých velikostí v důsledku variací mezi sekvencemi DNA různých jedinců. Fragmenty jsou poté separovány na základě velikosti pomocí gelové elektroforézy. Oddělené fragmenty jsou poté přeneseny na nitrocelulózový nebo nylonový filtr, tento postup se nazývá Southern blot. Fragmenty DNA v blotu jsou trvale fixovány k filtru a řetězce DNA jsou denaturovány. Poté se přidají radioaktivně značené molekuly sondy, které jsou komplementární k sekvencím v genomu, které obsahují opakující se sekvence. Tyto opakující se sekvence mají mezi různými jednotlivci různou délku a nazývají se tandemové opakující se sekvence s proměnným počtem nebo VNTR. Molekuly sondy hybridizují s fragmenty DNA obsahujícími opakující se sekvence a přebytečné molekuly sondy jsou odplaveny. Blot je poté vystaven rentgenovému filmu. Fragmenty DNA, které se navázaly na molekuly sondy, se na filmu jeví jako fluorescenční pásy.

Technika Southern blot vyžaduje velké množství nedegradované DNA vzorku. Původní multilokusová RFLP technika Aleca Jeffreyho se také zabývala mnoha minisatelitními lokusy současně, čímž se zvýšila pozorovaná variabilita, ale bylo obtížné rozeznat jednotlivé alely (a tím vyloučit testování otcovství). Tyto rané techniky byly nahrazeny testy založenými na PCR.

Analýza polymerázové řetězové reakce (PCR) Upravit

Vyvinutý Kary Mullisem v roce 1983, byl popsán proces, při kterém lze specifické části DNA vzorku amplifikovat téměř neomezeně (Saiki et al. 1985, 1985). Tento proces, polymerázová řetězová reakce (PCR), napodobuje biologický proces replikace DNA, ale omezuje jej na specifické sledované sekvence DNA. S vynálezem techniky PCR udělalo profilování DNA obrovské pokroky jak v rozlišovací síle, tak ve schopnosti obnovit informace z velmi malých (nebo degradovaných) počátečních vzorků.

PCR výrazně zesiluje množství specifické oblasti DNA. V procesu PCR je vzorek DNA denaturován zahříváním do jednotlivých jednotlivých polynukleotidových vláken. Dva oligonukleotidové DNA primery se používají k hybridizaci do dvou odpovídajících blízkých míst na opačných řetězcích DNA takovým způsobem, že normální enzymatické prodloužení aktivního konce každého primeru (tj. 3 'konce) vede směrem k druhému primeru. PCR používá replikační enzymy, které jsou tolerantní k vysokým teplotám, jako je termostabilní Taq polymeráza. Tímto způsobem jsou generovány dvě nové kopie sledované sekvence. Opakovaná denaturace, hybridizace a extenze tímto způsobem produkují exponenciálně rostoucí počet kopií požadované DNA. Nástroje, které provádějí tepelné cyklování, jsou snadno dostupné z komerčních zdrojů. Tento proces může produkovat milionkrát nebo větší amplifikaci požadované oblasti za 2 hodiny nebo méně.

Rané testy, jako jsou proužky HLA-DQ alpha reverse dot blot, se staly velmi populární díky jejich snadnému použití a rychlosti, s jakou bylo možné dosáhnout výsledku. Nebyli však tak diskriminační jako analýza RFLP. Bylo také obtížné určit profil DNA pro smíšené vzorky, jako je vaginální výtěr oběti sexuálního útoku.

Metoda PCR však byla snadno přizpůsobitelná pro analýzu VNTR, zejména lokusů STR.V posledních letech se výzkum kvantifikace lidské DNA zaměřuje na nové techniky kvantitativní PCR (qPCR) „v reálném čase“. Kvantitativní metody PCR umožňují automatizovaná, přesná a vysoce výkonná měření. Mezilaboratorní studie prokázaly důležitost kvantifikace lidské DNA pro dosažení spolehlivé interpretace typizace STR a získání konzistentních výsledků napříč laboratořemi.

STR analýza Upravit

Dnes používaný systém profilování DNA je založen na polymerázové řetězové reakci (PCR) a využívá jednoduché sekvence [14] nebo krátké tandemové repetice (STR). Tato metoda používá vysoce polymorfní oblasti, které mají krátké opakující se sekvence DNA (nejběžnější je opakování 4 bází, ale používají se i jiné délky, včetně 3 a 5 bází). Protože nepříbuzní lidé téměř jistě mají různý počet opakujících se jednotek, lze STR použít k rozlišení mezi nepříbuznými osobami. Tyto STR lokusy (umístění na chromozomu) jsou zacíleny sekvenčně specifickými primery a amplifikovány pomocí PCR. Výsledné fragmenty DNA jsou poté separovány a detekovány pomocí elektroforézy. Existují dva běžné způsoby separace a detekce, kapilární elektroforéza (CE) a gelová elektroforéza.

Každý STR je polymorfní, ale počet alel je velmi malý. Obvykle každou alelu STR bude sdílet přibližně 5–20% jedinců. Síla analýzy STR je odvozena z kontroly více lokusů STR současně. Vzor alel dokáže identifikovat jednotlivce poměrně přesně. STR analýza tedy poskytuje vynikající identifikační nástroj. Čím více oblastí STR je testováno u jednotlivce, tím je test více diskriminační.

Od země k zemi se používají různé systémy profilování DNA založené na STR. V Severní Americe jsou systémy, které zesilují lokusová jádra CODIS 20 [15], téměř univerzální, zatímco ve Spojeném království se používá lokusový systém DNA-17 (který je kompatibilní s The National DNA Database) a Austrálie používá 18 základních markerů . [16] Ať už je použit jakýkoli systém, mnoho použitých oblastí STR je stejných. Tyto systémy profilování DNA jsou založeny na multiplexních reakcích, přičemž současně bude testováno mnoho oblastí STR.

Skutečná síla analýzy STR je v její statistické síle diskriminace. Protože 20 lokusů, které jsou v současné době používány pro rozlišení v CODIS, jsou nezávisle roztříděny (určitý počet opakování na jednom místě nemění pravděpodobnost libovolného počtu opakování na jakémkoli jiném lokusu), lze použít produktové pravidlo pro pravděpodobnosti . To znamená, že pokud má někdo typ DNA ABC, kde tři lokusy byly nezávislé, pak pravděpodobnost, že tento jedinec bude mít tento typ DNA, bude mít pravděpodobnost, že typ A bude krátší než typ B C. Výsledkem je schopnost generovat pravděpodobnosti shody 1 na quintillion (1x10 18) nebo více. Prohledávání databáze DNA však ukázalo mnohem častěji, než se očekávalo, falešné shody profilů DNA. [17] Navíc, protože na Zemi je asi 12 milionů monozygotních dvojčat, teoretická pravděpodobnost není přesná.

V praxi je riziko kontaminovaného párování mnohem větší než párování vzdáleného příbuzného, ​​jako je kontaminace vzorku z blízkých předmětů nebo ze zbylých buněk přenesených z předchozího testu. Riziko je větší pro přizpůsobení nejběžnější osobě ve vzorcích: Vše, co bylo odebráno od oběti nebo v kontaktu s ní, je hlavním zdrojem kontaminace jakýchkoli dalších vzorků přivezených do laboratoře. Z tohoto důvodu se obvykle testuje více kontrolních vzorků, aby se zajistilo, že zůstanou čisté, pokud jsou připraveny ve stejném období jako skutečné zkušební vzorky. Neočekávané shody (nebo odchylky) u několika kontrolních vzorků naznačují vysokou pravděpodobnost kontaminace skutečných zkušebních vzorků. V testu vztahu by se úplné profily DNA měly lišit (kromě dvojčat), aby se prokázalo, že se osoba ve skutečnosti neshoduje s tím, že souvisí s vlastní DNA v jiném vzorku.

Úpravy AFLP

Na začátku devadesátých let byla také uvedena do praxe další technika, AFLP nebo polymorfismus délky amplifikovaného fragmentu. Tato technika byla také rychlejší než analýza RFLP a používala PCR k amplifikaci vzorků DNA. Při rozlišování různých alel se spoléhal na polymorfismy tandemového opakování s proměnným počtem (VNTR), které byly separovány na polyakrylamidovém gelu pomocí alelického žebříčku (na rozdíl od žebříčku molekulové hmotnosti). Pásy lze zobrazit stříbrným barvením gelu. Jedním z oblíbených ohnisek otisků prstů byl lokus D1S80. Jako u všech metod založených na PCR může vysoce degradovaná DNA nebo velmi malé množství DNA způsobit alelické vypadnutí (způsobující chybu v myšlení, že heterozygot je homozygot) nebo jiné stochastické efekty. Navíc, protože analýza se provádí na gelu, může se v horní části gelu spojit velmi vysoký počet opakování, což ztěžuje vyřešení. Analýza AmpFLP může být vysoce automatizovaná a umožňuje snadné vytváření fylogenetických stromů na základě porovnání jednotlivých vzorků DNA. Díky relativně nízkým nákladům a snadnému nastavení a provozu je AmpFLP stále populární v zemích s nižšími příjmy.

Analýza rodinných vztahů DNA Upravit

Pomocí technologie PCR je analýza DNA široce používána k určení genetických rodinných vztahů, jako je otcovství, mateřství, sourozenecká a další příbuzenství.

Při početí se spermie a otcovská buňka matky, z nichž každá obsahuje poloviční množství DNA nalezené v jiných tělesných buňkách, setkají a spojí za vzniku oplodněného vajíčka zvaného zygota. Zygota obsahuje kompletní sadu molekul DNA, jedinečnou kombinaci DNA od obou rodičů. Tato zygota se rozděluje a množí na embryo a později plnohodnotnou lidskou bytost.

V každé fázi vývoje obsahují všechny buňky tvořící tělo stejnou DNA - polovinu od otce a polovinu od matky. Tato skutečnost umožňuje testování vztahů použít všechny typy všech vzorků včetně uvolněných buněk z tváří odebraných pomocí bukálních tamponů, krve nebo jiných typů vzorků.

Na určitých místech (nazývaných lokusy) v lidském genomu existují předvídatelné vzory dědičnosti, u nichž bylo zjištěno, že jsou užitečné při určování identity a biologických vztahů. Tyto lokusy obsahují specifické DNA markery, které vědci používají k identifikaci jednotlivců. V rutinním testu otcovství DNA jsou používanými markery krátké tandemové repetice (STR), krátké kousky DNA, které se mezi jednotlivci vyskytují ve vysoce diferenciálních opakovacích schématech.

DNA každé osoby obsahuje dvě kopie těchto markerů - jednu kopii zděděnou po otci a jednu po matce. V rámci populace se markery v místě DNA každé osoby mohou lišit délkou a někdy i sekvencí v závislosti na markerech zděděných od rodičů.

Kombinace velikostí markerů nalezených v každé osobě tvoří jejich jedinečný genetický profil. Při určování vztahu mezi dvěma jedinci se porovnávají jejich genetické profily, aby se zjistilo, zda sdílejí stejné dědičné vzorce statisticky průkazným způsobem.

Například následující ukázková zpráva z této komerční testovací laboratoře otcovství DNA Universal Genetics ukazuje, jak je u těchto speciálních markerů identifikována příbuznost mezi rodiči a dítětem:

DNA marker Matka Dítě Údajný otec
D21S11 28, 30 28, 31.2 29, 31.2
D7S820 9, 10 10, 11 11, 12
TH01 6, 9.3 9, 9.3 8, 9
D13S317 10, 12 12, 13 11, 13
D19S433 14, 16.2 14, 15 14.2, 15

Dílčí výsledky naznačují, že DNA dítěte a údajného otce se mezi těmito pěti markery shoduje. Kompletní výsledky testů ukazují tuto korelaci na 16 markerech mezi dítětem a testovaným mužem, aby bylo možné vyvodit závěr, zda je muž biologickým otcem či nikoli.

Každému ukazateli je přiřazen index otcovství (PI), což je statistická míra toho, jak silná shoda na konkrétním ukazateli označuje otcovství. PI každého markeru se navzájem vynásobí, aby se vytvořil index kombinovaného otcovství (CPI), který udává celkovou pravděpodobnost, že jedinec bude biologickým otcem testovaného dítěte ve vztahu k náhodně vybranému muži z celé populace stejné rasy . CPI se poté převede na pravděpodobnost otcovství, která ukazuje míru příbuznosti mezi údajným otcem a dítětem.

Zpráva o testu DNA v jiných testech rodinných vztahů, jako jsou testy prarodičů a sourozenectví, je podobná zprávě o testu otcovství. Namísto indexu kombinovaného otcovství se uvádí jiná hodnota, například index sourozenectví.

Zpráva ukazuje genetické profily každé testované osoby. Pokud jsou mezi testovanými jedinci sdíleny markery, vypočítá se pravděpodobnost biologického vztahu, aby se určilo, jak pravděpodobné je, že testovaní jedinci sdílejí stejné markery v důsledku pokrevního vztahu.

Analýza chromozomu Y Upravit

Nedávné inovace zahrnovaly vytvoření primerů zaměřujících se na polymorfní oblasti na Y-chromozomu (Y-STR), což umožňuje rozlišení smíšeného vzorku DNA z mužského a ženského pohlaví nebo v případech, kdy není možná diferenciální extrakce. Chromozomy Y jsou otcovsky dědičné, takže analýza Y-STR může pomoci při identifikaci otcovsky příbuzných mužů. Analýza Y-STR byla provedena v kontroverzi Jefferson-Hemings, aby se zjistilo, zda Thomas Jefferson zplodil syna s jedním ze svých otroků.

Analýza chromozomu Y poskytuje slabší výsledky než autozomální chromozomální analýza s ohledem na individuální identifikaci. Mužský chromozom určující pohlaví muže, jak jej dědí pouze muži po otcích, je podél otcovské linie téměř identický. Na druhé straně haplotyp Y-STR poskytuje silné genealogické informace, protože patrilineární vztah lze vysledovat po mnoho generací.

Navíc vzhledem k otcovské dědičnosti poskytují Y-haplotypy informace o genetickém původu mužské populace. Aby se prozkoumala tato populační historie a poskytly odhady četností haplotypů v kriminálních případech, byla v roce 2000 vytvořena „referenční databáze haplotypu Y (YHRD)“ jako online zdroj. V současné době obsahuje více než 300 000 minimálních (8 lokusových) haplotypů z celosvětových populací. [18]

Mitochondriální analýza Upravit

U vysoce degradovaných vzorků je někdy nemožné získat úplný profil 13 CODIS STR. V těchto situacích je mitochondriální DNA (mtDNA) někdy přepisována, protože v buňce je mnoho kopií mtDNA, zatímco jaderné DNA může mít pouze 1–2 kopie. Forenzní vědci zesilují oblasti HV1 a HV2 mtDNA a poté sekvenují každou oblast a porovnávají rozdíly v jednom nukleotidu s referencí. Vzhledem k tomu, že mtDNA je zděděna po matce, lze jako odkazy na shody použít přímo spojené mateřské příbuzné, jako je například syn dcery babičky z matčiny strany. Obecně je rozdíl dvou nebo více nukleotidů považován za vyloučení. Heteroplazmické a poly-C rozdíly mohou mít za následek srovnání přímých sekvencí, takže je vyžadována určitá odbornost analytika. mtDNA je užitečná při určování jasných identit, jako jsou například pohřešované osoby, pokud lze nalézt příbuzného spojeného s matkou. Testování mtDNA bylo použito k určení, že Anna Anderson není ruská princezna, za kterou se prohlašovala, Anastasia Romanov.

mtDNA lze získat z takového materiálu, jako jsou vlasové prameny a staré kosti/zuby. [19] Kontrolní mechanismus založený na interakčním bodě s daty. To lze určit umístěním nástroje do vzorku. [20]

Když lidé přemýšlí o analýze DNA, často přemýšlejí o přehlídkách jako NCIS nebo CSI, které zobrazují vzorky DNA přicházející do laboratoře a poté je okamžitě analyzují a poté během několika minut vytvoří obrázek podezřelého⁠. Skutečná realita je však zcela odlišná a dokonalé vzorky DNA se často nesbírají z místa činu. Oběti vražd jsou často ponechány vystaveny drsným podmínkám, než jsou nalezeny, a s předměty používanými ke spáchání zločinů často manipuluje více než jedna osoba. Dva nejrozšířenější problémy, se kterými se kriminalisté při analýze vzorků DNA setkávají, jsou degradované vzorky a směsi DNA.

Degradovaná DNA Upravit

V reálném světě se laboratoře DNA často musí potýkat se vzorky DNA, které jsou méně než ideální. Vzorky DNA odebrané z míst činu jsou často degradovány, což znamená, že se DNA začala rozpadat na menší fragmenty. Oběti vražd nemusí být odhaleny hned a v případě hromadné nehody může být obtížné získat vzorky DNA, než bude DNA vystavena degradačním prvkům.

K degradaci nebo fragmentaci DNA na místě činu může dojít z mnoha důvodů, přičemž nejčastější příčinou je často expozice životního prostředí. Biologické vzorky, které byly vystaveny životnímu prostředí, mohou být degradovány vodou a enzymy nazývanými nukleázy. Nukleázy v podstatě „rozžvýkají“ DNA na fragmenty v průběhu času a nacházejí se všude v přírodě.

Než existovaly moderní metody PCR, bylo téměř nemožné analyzovat vzorky degradované DNA. Metody jako polymorfismus délky restrikčních fragmentů nebo RFLP Polymorfismus délky restrikčních fragmentů, což byla první technika používaná pro analýzu DNA ve forenzní vědě, vyžadovaly ve vzorku vysokou molekulovou hmotnost DNA, aby se získala spolehlivá data. DNA s vysokou molekulovou hmotností však u degradovaných vzorků chybí, protože DNA je příliš fragmentovaná na přesné provedení RFLP. Teprve až byly vynalezeny moderní techniky PCR, bylo možné provést analýzu degradovaných vzorků DNA pomocí polymerázové řetězové reakce. Zejména multiplexní PCR umožnila izolovat a amplifikovat malé fragmenty DNA, které ještě zůstaly v degradovaných vzorcích. Když jsou metody multiplexní PCR porovnávány se staršími metodami, jako je RFLP, je vidět obrovský rozdíl. Multiplexní PCR může teoreticky amplifikovat méně než 1 ng DNA, zatímco RFLP musel mít k provedení analýzy alespoň 100 ng DNA. [21]

Pokud jde o forenzní přístup k degradovanému vzorku DNA, STR STR lokusová analýza je často amplifikována pomocí metod založených na PCR. Ačkoli jsou lokusy STR amplifikovány s větší pravděpodobností úspěchu s degradovanou DNA, stále existuje možnost, že větší lokusy STR se nepodaří amplifikovat, a proto by pravděpodobně poskytly částečný profil, což má za následek snížení statistické hmotnosti asociace v případě shoda.

Úpravy analýzy MiniSTR

V případech, kdy jsou vzorky DNA degradovány, jako v případě intenzivních požárů nebo pokud zbývají pouze fragmenty kostí, může být standardní testování STR na těchto vzorcích nedostatečné. Když se provádí standardní STR testování na vysoce degradovaných vzorcích, větší lokusy STR často vypadnou a získají se pouze částečné profily DNA. Přestože částečné profily DNA mohou být výkonným nástrojem, pravděpodobnosti náhodných shod budou větší, než kdyby byl získán úplný profil. Jednou z metod, která byla vyvinuta za účelem analýzy degradovaných vzorků DNA, je použití technologie miniSTR. V tomto novém přístupu jsou primery speciálně navrženy tak, aby se vážily blíže k oblasti STR. [22] Při normálním testování STR se primery vážou na delší sekvence, které obsahují oblast STR v rámci segmentu. MiniSTR analýza se však zaměří pouze na umístění STR, a výsledkem je produkt DNA, který je mnohem menší. [22]

Umístěním primerů blíže ke skutečným oblastem STR existuje větší šance, že dojde k úspěšné amplifikaci této oblasti. Nyní může dojít k úspěšné amplifikaci těchto oblastí STR a lze získat úplnější profily DNA. Úspěch, že menší produkty PCR produkují vyšší úspěšnost u vysoce degradovaných vzorků, byl poprvé zaznamenán v roce 1995, kdy byla k identifikaci obětí požáru Waco použita technologie miniSTR. [23] V tomto případě požár zničil vzorky DNA tak silně, že normální STR testování nevedlo u některých obětí k pozitivnímu ID.

Směsi DNA Upravit

Směsi jsou dalším běžným problémem, se kterým se forenzní vědci potýkají při analýze neznámých nebo diskutabilních vzorků DNA. Směs je definována jako vzorek DNA, který obsahuje dva nebo více jednotlivých přispěvatelů. [21] K tomu může často dojít, když je vzorek DNA odebrán z předmětu, s nímž manipuluje více než jedna osoba, nebo když vzorek obsahuje DNA oběti i útočníků. Přítomnost více než jednoho jedince ve vzorku DNA může ztížit detekci jednotlivých profilů a interpretaci směsí by měli provádět pouze vysoce kvalifikovaní jedinci. Směsi, které obsahují dva nebo tři jednotlivce, lze interpretovat, i když to bude obtížné. Směsi, které obsahují čtyři nebo více jednotlivců, jsou příliš spletité, než aby bylo možné získat individuální profily. Jeden běžný scénář, ve kterém se často získává směs, je v případě sexuálního napadení. Může být odebrán vzorek, který obsahuje materiál od oběti, konsensuálních sexuálních partnerů oběti a pachatele (pachatelů). [24]

Jak postupují detekční metody v profilování DNA, forenzní vědci vidí více vzorků DNA, které obsahují směsi, protože i nejmenší přispěvatel je nyní schopen detekovat moderní testy. Snadnost, jakou mají forenzní vědci při pronikání směsí DNA, do značné míry závisí na poměru DNA přítomné od každého jednotlivce, kombinacích genotypu a celkovém množství amplifikované DNA. [25] Poměr DNA je často nejdůležitějším aspektem, který je třeba při rozhodování o tom, zda lze směs interpretovat, sledovat. Například v případě, že vzorek DNA měl dva přispěvatele, by bylo snadné interpretovat jednotlivé profily, pokud by poměr DNA přispívající jednou osobou byl mnohem vyšší než druhá osoba. Pokud má vzorek tři nebo více přispěvatelů, je velmi obtížné určit jednotlivé profily. Pokroky v pravděpodobnostní genotypizaci by naštěstí mohly tento druh určení v budoucnu umožnit. Pravděpodobnostní genotypizace využívá složitý počítačový software k provedení tisíců matematických výpočtů za účelem vytvoření statistických pravděpodobností jednotlivých genotypů nacházejících se ve směsi. [26] Mezi pravděpodobnostní software pro genotypizaci, který se dnes často používá v laboratořích, patří STRmix a TrueAllele.

Ranou aplikací databáze DNA byla kompilace mitochondriální DNA Concordance [27], kterou připravili Kevin WP Miller a John L. Dawson z University of Cambridge v letech 1996 až 1999 [28] z údajů shromážděných jako součást Millerovy disertační práce. . Po celém světě nyní existuje několik databází DNA. Některé jsou soukromé, ale většina největších databází je řízena vládou. Spojené státy udržují největší databázi DNA, přičemž systém Combined DNA Index System (CODIS) má od května 2018 přes 13 milionů záznamů. [29] Spojené království spravuje národní databázi DNA (NDNAD), která má podobnou velikost, a to navzdory menší populace Velké Británie. Velikost této databáze a rychlost jejího růstu znepokojují skupiny občanských svobod ve Velké Británii, kde má policie rozsáhlé pravomoci odebírat vzorky a uchovávat je i v případě zproštění viny.[30] Koalice Conservative – Liberal Democrat se částečně zabývala těmito obavami v části 1 zákona o ochraně svobod z roku 2012, podle níž musí být vzorky DNA vymazány, pokud jsou podezřelí zproštěni viny nebo nejsou obviněni, s výjimkou vztahu k určitým (většinou závažným a/nebo sexuální) přestupky. Veřejný diskurz kolem zavádění pokročilých forenzních technik (jako je genetická genealogie využívající veřejné genealogické databáze a přístupy fenotypizace DNA) byl omezený, nesouvislý, nesoustředěný a vyvolává otázky soukromí a souhlasu, které mohou odůvodnit zavedení další právní ochrany. [31]

Americký vlastenecký zákon USA poskytuje vládě USA prostředky k získání vzorků DNA od podezřelých teroristů. Informace o DNA ze zločinů se shromažďují a ukládají do databáze CODIS, kterou spravuje FBI. CODIS umožňuje orgánům činným v trestním řízení testovat vzorky DNA ze zločinů na shody v databázi, což poskytuje prostředky k nalezení konkrétních biologických profilů spojených se shromážděnými důkazy DNA. [32]

Když je vytvořena shoda z národní databanky DNA za účelem propojení místa činu s pachatelem, který poskytl vzorek DNA do databáze, je tento odkaz často označován jako chladný úder. Chladný zásah má hodnotu v tom, že se policejní agentura obrátí na konkrétního podezřelého, ale má menší důkazní hodnotu než shoda DNA vytvořená mimo DNA databázovou banku. [33]

Agenti FBI nemohou legálně uchovávat DNA osoby, která nebyla odsouzena za zločin. DNA shromážděná od podezřelého, který nebyl později odsouzen, musí být zlikvidována a nesmí být zapsána do databáze. V roce 1998 byl muž s bydlištěm ve Velké Británii zatčen kvůli obvinění z vloupání. Jeho DNA byla odebrána a testována a později byl propuštěn. O devět měsíců později byla DNA tohoto muže omylem a nezákonně zapsána do databáze DNA. Nová DNA se automaticky porovnává s DNA nalezenou v chladných případech a v tomto případě byl tento muž shledán shodným s DNA nalezenou v případě znásilnění a napadení před rokem. Vláda ho poté za tyto zločiny stíhala. Během soudu bylo požádáno o odstranění shody DNA z důkazů, protože byla nezákonně zapsána do databáze. Žádost byla vyřízena. [34] DNA pachatele, shromážděná od obětí znásilnění, může být roky uchovávána, dokud se nenajde shoda. V roce 2014 Kongres za účelem řešení tohoto problému rozšířil návrh zákona, který pomáhá státům vypořádat se s „nevyřízenými“ důkazy. [35]

Protože profilování DNA se stalo klíčovým důkazem u soudu, obhájci založili své argumenty na statistických úvahách. Například: Vzhledem k tomu, že shoda, u které byla pravděpodobnost náhodného výskytu 1 na 5 milionů, by právník tvrdil, že to znamená, že v zemi řekněme 60 milionů lidí bylo 12 lidí, kteří by také odpovídali profilu. To bylo poté přeloženo na šanci 1 ku 12, že podezřelý je vinen. Tento argument není správný, pokud nebyl podezřelý náhodně vylosován z populace země. Porota by ve skutečnosti měla zvážit, jak je pravděpodobné, že jedinec odpovídající genetickému profilu by byl v tomto případě podezřelý i z jiných důvodů. Různé procesy analýzy DNA mohou také snížit množství obnovy DNA, pokud nejsou postupy řádně provedeny. Účinnost sběru DNA proto může snížit počet vzorků důkazů. Další falešný statistický argument je založen na falešném předpokladu, že pravděpodobnost shody 1 k 5 milionům se automaticky promítne do pravděpodobnosti neviny 1 k 5 milionům a je známá jako omyl státního zástupce.

Při používání RFLP je teoretické riziko náhodného zápasu 1 ku 100 miliardám (100 000 000 000), ačkoli praktické riziko je vlastně 1 ku 1000, protože monozygotická dvojčata tvoří 0,2% lidské populace. [36] Kromě toho je míra laboratorní chyby téměř jistě vyšší než tato a často skutečné laboratorní postupy neodrážejí teorii, podle níž byly pravděpodobnosti náhody vypočítány. Pravděpodobnosti koincidence lze například vypočítat na základě pravděpodobností, ve kterých mají značky ve dvou vzorcích pásy přesně stejné místo, ale laboratorní pracovník může dojít k závěru, že podobné - ale ne přesně totožné - vzory pásů jsou výsledkem identických genetických vzorků s určitou nedokonalostí v agarózovém gelu. V tomto případě však laboratorní pracovník zvyšuje riziko náhody rozšířením kritérií pro deklarování shody. Nedávné studie uvádějí relativně vysokou chybovost, což může být důvodem k obavám. [37] V počátcích genetických otisků prstů nebyla někdy k dispozici potřebná populační data k přesnému výpočtu pravděpodobnosti shody. V letech 1992 až 1996 byly svévolně nízké stropy sporně kladeny na pravděpodobnosti shody používané v analýze RFLP, a nikoli na vyšší teoreticky vypočítané. [38] RFLP se dnes široce nepoužívá díky příchodu více diskriminujících, citlivějších a snadnějších technologií.

Od roku 1998 je systém profilování DNA podporovaný The National DNA Database ve Velké Británii systémem profilování DNA SGM+, který zahrnuje 10 oblastí STR a test indikující pohlaví. STR netrpí takovou subjektivitou a poskytují podobnou diskriminaci (1 z 10 13 pro nepříbuzné jedince, pokud používají plný profil SGM+). Údaje této velikosti nejsou vědci ve Velké Británii považovány za statisticky podložitelné pro nepříbuzné jedince s plně odpovídajícími profily DNA, pravděpodobnost shody 1 z miliardy je považována za statisticky podporovatelnou. Při jakékoli technice DNA by však opatrný porotce neměl usvědčovat pouze z důkazů genetických otisků prstů, pokud pochybnosti vyvolávají další faktory. Kontaminace jinými důkazy (sekundární přenos) je klíčovým zdrojem nesprávných profilů DNA a vyvolává pochybnosti o tom, zda byl vzorek falšován, oblíbenou obrannou technikou. Vzácněji je chimerismus příkladem, kdy nedostatek genetické shody může nespravedlivě vyloučit podezřelého.

Důkaz genetického vztahu Upravit

Je možné použít profilování DNA jako důkaz genetického vztahu, ačkoli tyto důkazy se liší v síle od slabé po pozitivní. Testování, které neukazuje žádný vztah, je naprosto jisté. Dále, zatímco téměř všichni jedinci mají jedinou a odlišnou sadu genů, ultra vzácní jedinci, známí jako „chiméry“, mají alespoň dvě různé sady genů. Byly zaznamenány dva případy profilování DNA, které falešně naznačovaly, že matka není ve spojení se svými dětmi. [39] K tomu dochází, když jsou současně oplodněna dvě vajíčka a spojena dohromady, aby místo dvojčat vznikl jeden jedinec.

V jednom případě si zločinec do vlastního těla zasadil falešné důkazy DNA: John Schneeberger znásilnil v roce 1992 jednoho ze svých sedativních pacientů a nechal jí na spodním prádle sperma. Policie vytáhla to, co považovala za Schneebergerovu krev, a při třech příležitostech porovnala její DNA s DNA spermatu z místa činu, nikdy nevykazovala shodu. Ukázalo se, že mu chirurgicky vložil do paže drén Penrose a naplnil ho cizí krví a antikoagulancii.

Funkční analýza genů a jejich kódujících sekvencí (otevřené čtecí rámce [ORF]) typicky vyžaduje, aby byl každý ORF exprimován, kódovaný protein purifikován, vytvořeny protilátky, vyšetřeny fenotypy, stanovena intracelulární lokalizace a hledány interakce s jinými proteiny. [40] Ve studii provedené biologickou vědní společností Nucleix a publikované v časopise Forensic Science InternationalVědci zjistili, že in vitro syntetizovaný vzorek DNA odpovídající jakémukoli požadovanému genetickému profilu lze zkonstruovat pomocí standardních technik molekulární biologie, aniž by se od této osoby získala jakákoli skutečná tkáň. Nucleix tvrdí, že mohou také dokázat rozdíl mezi nezměněnou DNA a jakoukoli syntetizovanou. [41]

V případě Fantoma z Heilbronnu našli policejní detektivové stopy DNA od stejné ženy na různých místech zločinu v Rakousku, Německu a Francii - mezi nimi vraždy, vloupání a loupeže. Teprve poté, co se DNA „ženy“ shodovala s DNA odebranou ze spáleného těla a mužský žadatel o azyl ve Francii začal mít detektivové vážné pochybnosti o důkazech DNA. Nakonec se zjistilo, že na vatových tamponech sloužících k odběru vzorků na místě činu již byly stopy DNA a všechny tampony byly vyrobeny ve stejné továrně v Rakousku. Specifikace produktu společnosti uvedla, že tampony jsou zaručeně sterilní, ale neobsahují DNA.

Hledání familiární DNA Upravit

Familiární vyhledávání DNA (někdy označované jako „familiární DNA“ nebo „vyhledávání v rodinné databázi DNA“) je postup vytváření nových vyšetřovacích metod v případech, kdy se důkazy DNA nalezené na místě činu (forenzní profil) silně podobají stávajícímu Profil DNA (profil pachatele) ve státní databázi DNA, ale neexistuje přesná shoda. [42] [43] Poté, co byly vyčerpány všechny ostatní svody, mohou vyšetřovatelé použít speciálně vyvinutý software k porovnání forenzního profilu se všemi profily převzatými z databáze státu státu a vygenerovat seznam těch pachatelů, kteří se již v databázi nacházejí a kteří s největší pravděpodobností být velmi blízkým příbuzným jedince, jehož DNA je ve forenzním profilu. [44] Aby se odstranila většina tohoto seznamu, když je forenzní DNA muže, provádějí technici kriminální laboratoře analýzu Y-STR. Pomocí standardních vyšetřovacích technik jsou pak úřady schopny sestavit rodokmen. Rodokmen je naplněn informacemi získanými z veřejných záznamů a záznamů trestního soudnictví. Vyšetřovatelé vylučují účast rodinných příslušníků na zločinu tím, že zjišťují vylučující faktory, jako je sex, život mimo stát nebo uvěznění, když byl zločin spáchán. K identifikaci podezřelého mohou také použít jiné kontakty z případu, například výpovědi svědků nebo obětí. Jakmile je podezřelý identifikován, vyšetřovatelé usilují o legální získání vzorku DNA od podezřelého. Tento profil podezřelé DNA se poté porovná se vzorkem nalezeným na místě činu, aby se definitivně identifikoval podezřelý jako zdroj DNA místa činu.

Hledání familiární databáze DNA bylo poprvé použito při vyšetřování, které vedlo k odsouzení Jeffreyho Gafoora za vraždu Lynette Whiteové ve Spojeném království dne 4. července 2003. Důkazy DNA byly spárovány s Gafoorovým synovcem, který se ve věku 14 let nenarodil v doba vraždy v roce 1988. Znovu byla použita v roce 2004 [45] k nalezení muže, který hodil cihlu z dálničního mostu a srazil řidiče nákladního auta, přičemž ho zabil. DNA nalezená na cihle se shodovala s nálezem na místě krádeže auta dříve v průběhu dne, ale v národní databázi DNA nebyly nalezeny žádné dobré shody. Širší pátrání našlo částečnou shodu s jednotlivcem na výslechu, tento muž odhalil, že má bratra Craiga Harmana, který žil velmi blízko původního místa činu. Harman dobrovolně předložil vzorek DNA a přiznal se, když odpovídal vzorku z cihly. [46] V současné době se prohledávání familiární databáze DNA neprovádí na národní úrovni ve Spojených státech, kde státy určují, jak a kdy provádět rodinná vyhledávání. První familiární vyhledávání DNA s následným odsouzením ve Spojených státech bylo provedeno v Denveru v Coloradu v roce 2008 pomocí softwaru vyvinutého pod vedením okresního prokurátora Denvera Mitcha Morrisseyho a ředitele kriminální laboratoře Denver Policejní oddělení Gregga LaBergeho. [47] Kalifornie byla prvním státem, který zavedl politiku pro rodinné hledání pod tehdejším generálním prokurátorem, nyní guvernérem Jerrym Brownem. [48] ​​Ve své roli konzultanta pracovní skupiny Familial Search Working Group kalifornského ministerstva spravedlnosti je bývalý prokurátor okresu Alameda Rock Harmon široce považován za katalyzátor přijetí technologie familiárního vyhledávání v Kalifornii. Tato technika byla použita k dopadení sériového vraha z Los Angeles známého jako „Grim Sleeper“ v roce 2010. [49] Nebyl to svědek ani informátor, který by upozornil na vymáhání práva na identitu sériového vraha „Grim Sleeper“, který unikal policii více než dvě desetiletí, ale DNA od vlastního syna podezřelého. Syn podezřelého byl předloni zatčen a usvědčen z obvinění ze spáchání zločinu a proveden tampon pro DNA. Když byla jeho DNA zapsána do databáze odsouzených zločinců, byli detektivové upozorněni na částečnou shodu s důkazy nalezenými na místech činu „Grim Sleeper“. David Franklin Jr., známý také jako Grim Sleeper, byl obviněn z deseti vražd a jednoho pokusu o vraždu. [50] V nedávné době vedla rodinná DNA k zatčení 21letého Elvise Garcii na základě obvinění ze sexuálního napadení a falešného uvěznění ženy v Santa Cruz v roce 2008. [51] V březnu 2011 guvernér Virginie Bob McDonnell oznámil, že Virginie začne používat familiární vyhledávání DNA. [52] Očekává se, že budou následovat další státy.

Na tiskové konferenci ve Virginii dne 7. března 2011 týkající se násilníka z East Coast, státní zástupce prince Williama Paula Eberta a policejní detektiv z okresu Fairfax John Kelly řekl, že případ by byl vyřešen před lety, kdyby Virginie použila rodinné vyhledávání DNA. Aaron Thomas, podezřelý násilník z východního pobřeží, byl zatčen v souvislosti se znásilněním 17 žen z Virginie na Rhode Island, ale v tomto případě nebyla použita rodinná DNA. [53]

Kritici rodinných průzkumů DNA tvrdí, že tato technika je invazí do práv jednotlivce na 4. změnu. [54] Obhájci soukromí žádají o omezení databáze DNA a argumentují tím, že jediným férovým způsobem, jak hledat možné shody DNA s příbuznými pachatelů nebo zatčených, by bylo mít populační databázi DNA. [34] Někteří vědci poukázali na to, že obavy o soukromí související s rodinným vyhledáváním jsou v některých ohledech podobné jiným technikám policejního pátrání [55], a většina z nich dospěla k závěru, že tato praxe je ústavní. [56] Devátý obvodní odvolací soud v Spojené státy v. Pool (prázdný jako diskutabilní) navrhl, že tato praxe je poněkud analogická tomu, když se svědek dívá na fotografii jedné osoby a uvádí, že to vypadalo jako pachatel, což vede donucovací orgány k zobrazování fotografií svědků podobně vypadajících jednotlivců, z nichž jeden je identifikován jako pachatel. [57] Bez ohledu na to, zda byla metoda identifikace podezřelého rodinným vyhledáváním DNA, úřady vždy provedou normální test DNA, aby se shodovala DNA podezřelého s DNA ponechanou na místě činu.

Kritici také tvrdí, že k rasovému profilování může dojít kvůli rodinnému testování DNA. Ve Spojených státech je míra přesvědčení rasových menšin mnohem vyšší než u celkové populace. Není jasné, zda je to způsobeno diskriminací ze strany policistů a soudů, na rozdíl od jednoduchého vyššího počtu přestupků mezi menšinami. Databáze založené na zatčení, které se nacházejí ve většině Spojených států, vedou k ještě větší míře rasové diskriminace. Zatčení, na rozdíl od přesvědčení, závisí mnohem více na uvážení policie. [34]

Vyšetřovatelé z okresního státního zastupitelství v Denveru například úspěšně identifikovali podezřelého v případě krádeže majetku pomocí familiárního vyhledávání DNA. V tomto případě krev podezřelého zanechaná na místě činu silně připomínala současného vězně z Colorado Department of Corrections. [58] Pomocí veřejně dostupných záznamů vyšetřovatelé vytvořili rodokmen. Poté zlikvidovali všechny členy rodiny, kteří byli v době činu uvězněni, a také všechny ženy (profil DNA místa činu byl profil muže). Vyšetřovatelé získali soudní příkaz k odebrání DNA podezřelého, ale podezřelý se skutečně dobrovolně dostavil na policejní stanici a poskytl vzorek DNA. Po poskytnutí vzorku šel podezřelý na svobodu bez dalšího výslechu nebo zadržení. Později konfrontován s přesnou shodou s forenzním profilem, podezřelý se přiznal k trestnému činu přestupku u prvního data soudu a byl odsouzen ke dvěma letům podmínky.

V Itálii bylo provedeno známé hledání DNA k vyřešení případu vraždy Yary Gambirasio, jejíž tělo bylo nalezeno v buši [ potřeba vyjasnění ] tři měsíce po jejím zmizení. Stopa DNA byla nalezena na spodním prádle zavražděného mladistvého poblíž a vzorek DNA byl vyžádán od osoby, která žila poblíž obce Brembate di Sopra, a ve vzorku DNA mladého muže, který nebyl zapojen do vražda. Po dlouhém vyšetřování byl otec údajného vraha identifikován jako Giuseppe Guerinoni, zesnulý muž, ale jeho dva synové narození z jeho manželky nesouviseli se vzorky DNA nalezenými na těle Yary. Po třech a půl letech byla DNA nalezená na spodním prádle zesnulé dívky spárována s Massimem Giuseppe Bossettim, který byl zatčen a obviněn z vraždy 13leté dívky. V létě 2016 byl Bossetti shledán vinným a odsouzen na doživotí Corte d'assise z Bergama.

Dílčí shody Upravit

Částečné shody DNA jsou výsledkem středně přísných vyhledávání CODIS, která produkují potenciální shodu, která sdílí alespoň jednu alelu na každém lokusu. [59] Částečné párování nezahrnuje použití familiárního vyhledávacího softwaru, jako je software používaný ve Velké Británii a USA, ani dodatečná analýza Y-STR, a proto často postrádá sourozenecké vztahy. Částečná shoda byla použita k identifikaci podezřelých v několika případech ve Velké Británii a USA [60] a byla také použita jako nástroj k osvobození falešně obviněných. Darryl Hunt byl neprávem odsouzen v souvislosti se znásilněním a vraždou mladé ženy v roce 1984 v Severní Karolíně. [61] Hunt byl zproštěn viny v roce 2004, kdy vyhledávání v databázi DNA přineslo pozoruhodně těsnou shodu mezi odsouzeným zločincem a kriminalistickým profilem případu. Dílčí shoda vedla vyšetřovatele k zločineckému bratru Willardu E. Brownovi, který se ke zločinu přiznal, když byl konfrontován policií. Soudce poté podepsal příkaz k zamítnutí případu proti Huntu. V Itálii byla částečná shoda použita při kontroverzní vraždě Yary Gambirasiové, dítěte nalezeného mrtvého asi měsíc po jejím předpokládaném únosu. V tomto případě byl dílčí zápas použit jako jediný usvědčující prvek proti obžalovanému Massimovi Bossettimu, který byl následně odsouzen za vraždu (čekající odvolání italského nejvyššího soudu).

Skryté shromažďování DNA Upravit

Policejní síly mohou sbírat vzorky DNA bez vědomí podezřelého a použít je jako důkaz. V Austrálii byla zpochybněna zákonnost této praxe. [62]

Ve Spojených státech bylo přijato, soudy často rozhodly, že se neočekává žádné soukromí, citujíc Kalifornie v. Greenwood (1988), ve kterém Nejvyšší soud rozhodl, že čtvrtý dodatek nezakazuje bez záruky prohledávání a zabavování odpadků, které byly ponechány ke svozu mimo domov. Kritici této praxe zdůrazňují, že tato analogie ignoruje, že „většina lidí netuší, že riskují odevzdání své genetické identity policii například tím, že nezničí použitý šálek kávy.Navíc, i když si to uvědomují, neexistuje způsob, jak se vyhnout opuštění vlastní DNA na veřejnosti. “[63]

Nejvyšší soud USA rozhodl Maryland v. Král (2013), že odběr DNA vězňů zatčených za závažné zločiny je ústavní. [64] [65] [66]

Ve Velké Británii, Zákon o lidské tkáni 2004 zakazuje soukromým osobám tajně sbírat biologické vzorky (vlasy, nehty atd.) pro analýzu DNA, ale ze zákazu osvobozuje lékařská a kriminální vyšetřování. [67]

Upravit Anglii a Wales

Důkazy od odborníka, který porovnával vzorky DNA, musí být doprovázeny důkazy o zdrojích vzorků a postupech pro získání profilů DNA. [68] Rozhodčí musí zajistit, aby porota porozuměla významu shod DNA a neshod v profilech. Soudce musí také zajistit, aby porota nezaměňovala pravděpodobnost shody (pravděpodobnost, že náhodně vybraná osoba má shodný profil DNA se vzorkem ze scény) s pravděpodobností, že zločin spáchala osoba s odpovídající DNA. V roce 1996 R v. Doheny [69] Phillips LJ uvedl tento příklad shrnutí, které by mělo být v každém případě pečlivě přizpůsobeno konkrétním skutečnostem:

Členové poroty, pokud přijmete vědecké důkazy zvané korunou, naznačuje to, že ve Spojeném království jsou pravděpodobně pouze čtyři nebo pět bílých mužů, od nichž mohla pocházet tato skvrna od spermatu. Obžalovaný je jedním z nich. Pokud je to pozice, rozhodnutí, ke kterému musíte podle všech důkazů dospět, je, zda jste si jisti, že tuto skvrnu zanechal obžalovaný, nebo je možné, že to byl jeden z té další malé skupiny mužů, kteří sdílejí stejné vlastnosti DNA.

Porotci by měli zvážit protichůdné a potvrzující důkazy pomocí svého zdravého rozumu a nikoli pomocí matematických vzorců, jako je Bayesova věta, aby se vyhnuli „zmatku, nepochopení a nesprávnému úsudku“. [70]

Prezentace a vyhodnocení důkazů o částečných nebo neúplných profilech DNA Upravit

v R v Bates, [71] Moore-Bick LJ řekl:

Nevidíme důvod, proč by částečné profilové důkazy o DNA neměly být přípustné za předpokladu, že porota bude informována o jejích inherentních omezeních a bude jim poskytnuto dostatečné vysvětlení, které jim umožní je vyhodnotit. Mohou nastat případy, kdy je pravděpodobnost shody ve vztahu ke všem testovaným vzorkům tak velká, že by soudce považoval její důkazní hodnotu za minimální a rozhodl by se vyloučit důkazy při výkonu svého uvážení, ale to nevyvolává žádnou novou otázku a může být ponecháno na rozhodnutí případ od případu. Skutečnost, že v případě všech dílčích důkazů existuje možnost, že by „chybějící“ alela mohla obviněného zcela vyloučit, však neposkytuje dostatečné důvody pro odmítnutí takových důkazů. V mnoha případech existuje možnost (přinejmenším teoreticky), že existují důkazy, které by obviněnému pomohly a možná ho dokonce úplně vyloučily, ale to neposkytuje důvody pro vyloučení relevantních důkazů, které jsou dostupné a jinak přípustné, přestože jsou důležité zajistit, aby porota dostala dostatečné informace, které jim umožní tyto důkazy řádně vyhodnotit. [72]

Testování DNA ve Spojených státech Upravit

Ve všech 50 státech USA existují státní zákony o profilování DNA. [73] Podrobné informace o databázových zákonech v každém státě lze nalézt na webových stránkách Národní konference státních zákonodárců. [74]

Vývoj umělé DNA Edit

V srpnu 2009 vědci v Izraeli vznesli vážné pochybnosti o používání DNA orgány činnými v trestním řízení jako konečnou metodou identifikace. V dokumentu publikovaném v časopise Forensic Science International: GenetikaIzraelští vědci prokázali, že je možné vyrábět DNA v laboratoři, čímž se falšují důkazy DNA. Vědci vyrobili sliny a vzorky krve, které původně obsahovaly DNA od jiné osoby, než je údajný dárce krve a slin. [75]

Vědci také ukázali, že pomocí databáze DNA je možné získat informace z profilu a vyrobit DNA tak, aby odpovídala, a že to lze provést bez přístupu k jakékoli skutečné DNA od osoby, jejíž DNA duplikují. Syntetická DNA oliga požadovaná pro postup jsou v molekulárních laboratořích běžná. [75]

The New York Times citoval vedoucího autora Daniela Frumkina slovy: „Místo činu můžete jen zkonstruovat. To by mohl zvládnout jakýkoli vysokoškolák z biologie“. [75] Frumkin zdokonalil test, který dokáže odlišit skutečné vzorky DNA od falešných. Jeho test detekuje epigenetické modifikace, zejména methylaci DNA. [76] Sedmdesát procent DNA v jakémkoli lidském genomu je metylováno, což znamená, že obsahuje modifikace methylové skupiny v kontextu CpG dinukleotidu. Metylace v oblasti promotoru je spojena s umlčením genu. Syntetické DNA chybí tato epigenetická modifikace, která umožňuje testu odlišit vyrobenou DNA od pravé DNA. [75]

Není známo, kolik policejních oddělení, pokud vůbec nějaké, v současné době test používá. Žádná policejní laboratoř veřejně neoznámila, že nový test používá k ověření výsledků DNA. [77]

Případy Upravit

  • V roce 1986 byl Richard Buckland zproštěn viny, přestože se přiznal ke znásilnění a vraždě teenagera poblíž Leicesteru, města, kde bylo poprvé vyvinuto profilování DNA. Jednalo se o první použití otisků prstů DNA při vyšetřování trestného činu a první k prokázání neviny podezřelého. [78] Následující rok byl Colin Pitchfork kromě jiné identifikován jako pachatel stejné vraždy, a to za použití stejných technik, jaké byly odstraněny z Bucklandu. [79]
  • V roce 1987 byl u amerického trestního soudu poprvé použit genetický otisk prstu u soudu s mužem obviněným z nezákonného soulože s mentálně postiženou čtrnáctiletou ženou, která porodila dítě. [80]
  • V roce 1987 byl floridský násilník Tommie Lee Andrews první osobou ve Spojených státech, která byla odsouzena na základě důkazů DNA, za znásilnění ženy během vloupání byl odsouzen 6. listopadu 1987 a odsouzen na 22 let vězení. [81] [82]
  • V roce 1988 byl Timothy Wilson Spencer prvním mužem ve Virginii, který byl prostřednictvím testování DNA odsouzen k smrti za několik obvinění ze znásilnění a vraždy. Byl nazýván „Stranglerem na jižní straně“, protože zabíjel oběti na jižní straně Richmondu ve Virginii. Později byl obviněn ze znásilnění a vraždy prvního stupně a byl odsouzen k smrti. Byl popraven 27. dubna 1994. David Vasquez, původně odsouzený za jeden ze Spencerových zločinů, se stal prvním mužem v Americe osvobozeným na základě důkazů DNA.
  • V roce 1989 byl Chicagoman Gary Dotson první osobou, jejíž přesvědčení bylo pomocí důkazů DNA vyvráceno.
  • V roce 1990 byla násilná vražda mladé studentky v Brně prvním trestním případem v Československu vyřešeným důkazy DNA, přičemž vrah byl odsouzen na 23 let vězení. [83] [84]
  • V roce 1991 byl Allan Legere prvním Kanaďanem, který byl odsouzen na základě důkazů DNA, za čtyři vraždy, které spáchal při útěku vězně v roce 1989. Během soudního procesu jeho obhajoba tvrdila, že relativně mělký genofond regionu by mohl vést na falešně pozitivní výsledky.
  • V roce 1992 byly pomocí důkazů DNA prokázáno, že nacistický lékař Josef Mengele byl pohřben v Brazílii pod jménem Wolfgang Gerhard.
  • V roce 1992 byla DNA ze stromu palo verde použita k usvědčení Marka Alana Bogana z vraždy. Bylo zjištěno, že DNA ze semenných lusků stromu na místě činu odpovídá DNA ze semenných lusků nalezených v Boganově kamionu. Toto je první případ rostlinné DNA přijatý v trestním případě. [85] [86] [87]
  • V roce 1993 byl Kirk Bloodsworth první osobou, která byla odsouzena za vraždu a odsouzena k smrti, jejíž přesvědčení bylo převráceno pomocí důkazů DNA.
  • Znásilnění a vražda Mie Zapaty z roku 1993, vedoucí zpěvačky Seattle punkové kapely The Gits, nebyla vyřešena devět let po vraždě. Hledání databáze v roce 2001 selhalo, ale DNA vraha byla shromážděna, když byl v roce 2002 zatčen na Floridě za vloupání a domácí násilí.
  • Věda se proslavila ve Spojených státech v roce 1994, kdy se státní zástupci silně spoléhali na důkazy DNA údajně spojující O. J. Simpsona s dvojnásobnou vraždou. Případ také odhalil laboratorní potíže a neštěstí v postupu, které mohou způsobit, že takové důkazy budou výrazně pochybné.
  • V roce 1994 detektivové Královské kanadské jízdní policie (RCMP) úspěšně testovali chlupy kočky známé jako Snowball a pomocí testu spojili muže s vraždou své manželky, čímž poprvé ve forenzní historii označili použití lidská zvířecí DNA k identifikaci zločince (rostlinná DNA byla použita v roce 1992, viz výše).
  • V roce 1994 bylo tvrzení, že Anna Andersonová byla velkovévodkyně Anastasia Nikolaevna Ruska, testováno po její smrti pomocí vzorků její tkáně, které byly po lékařském zákroku uloženy v nemocnici v Charlottesville ve Virginii. Tkáň byla testována pomocí otisku prstu DNA a ukázalo se, že s Romanovci neměla žádný vztah. [88]
  • V roce 1994 Earl Washington, Jr., z Virginie, byl trest smrti změněn na doživotí týden před plánovaným datem popravy na základě důkazů DNA. Na základě pokročilejšího testování obdržel v roce 2000 plnou milost. [89] Jeho případ často citují odpůrci trestu smrti.
  • V roce 1995 provedla britská služba forenzní vědy svůj první screening DNA masové inteligence při vyšetřování případu vraždy Naomi Smithové.
  • V roce 1998 byl Richard J. Schmidt odsouzen za pokus o vraždu druhého stupně, když se ukázalo, že existuje souvislost mezi virovou DNA viru lidské imunodeficience (HIV), který byl obviněn z injekčního podání své přítelkyni, a virové DNA z jednoho jeho pacientů s AIDS. Bylo to vůbec poprvé, kdy byl v trestním řízení jako důkaz použit otisk prstu virové DNA.
  • V roce 1999 byl Raymond Easton, zdravotně postižený muž z anglického Swindonu, zatčen a sedm hodin zadržován v souvislosti s vloupáním. Byl propuštěn kvůli nepřesnému zápasu DNA. Jeho DNA byla uchována ve spisu po nesouvisejícím domácím incidentu před nějakou dobou. [90]
  • V roce 2000 byl Frank Lee Smith prokázán jako nevinný pomocí DNA profilování vraždy osmileté dívky poté, co strávil 14 let v cele smrti na Floridě v USA. Zemřel však na rakovinu těsně předtím, než byla prokázána jeho nevina. [91] S ohledem na to floridský státní guvernér nařídil, aby v budoucnu každý vězeň v cele smrti prohlašující nevinu měl provést testy DNA. [89]
  • V květnu 2000 zavraždil Gordon Graham Paula Gaulta ve svém domě v Lisburn v Severním Irsku. Graham byl usvědčen z vraždy, když byla jeho DNA nalezena na sportovní tašce, která zůstala v domě, jako součást propracovaného triku, který měl naznačit, že k vraždě došlo poté, co se vloupání pokazilo. V době vraždy měl Graham poměr s manželkou oběti. Bylo to poprvé, kdy byla v Severním Irsku použita DNA s nízkým počtem kopií. [92]
  • V roce 2001 byl Wayne Butler odsouzen za vraždu Celia Douty. Jednalo se o první vraždu v Austrálii, která byla vyřešena pomocí profilování DNA. [93] [94]
  • V roce 2002 bylo tělo Jamese Hanrattyho, oběšeného v roce 1962 za „vraždu A6“, exhumováno a byly analyzovány vzorky DNA z těla a členů jeho rodiny. Výsledky přesvědčily soudce odvolacího soudu, že Hanrattyho vina, kterou aktivisté aktivně zpochybňovali, byla prokázána „bez pochyb“. [95] Paul Foot a někteří další aktivisté nadále věřili v Hanrattyho nevinu a tvrdili, že důkazy DNA mohly být kontaminovány, a poznamenal, že malé vzorky DNA z oděvů byly uchovávány v policejní laboratoři více než 40 let “za podmínek, které nevyhovují moderním důkazním standardům “, musely být podrobeny velmi novým technikám amplifikace, aby se získal jakýkoli genetický profil. [96] Na testovaných důkazech však nebyla nalezena jiná DNA než Hanrattyho, na rozdíl od toho, co by se dalo očekávat, kdyby byly důkazy skutečně kontaminovány. [97]
  • V roce 2002 bylo testování DNA použito k osvobození Douglase Echolse, muže, který byl neprávem odsouzen v případě znásilnění v roce 1986. Echols byl 114. osobou, která měla být osvobozena testováním DNA po odsouzení.
  • V srpnu 2002 byla Annalisa Vincenzi zastřelena v Toskánsku. Třiadvacetiletý barman Peter Hamkin byl v březnu 2003 zatčen v Merseyside na základě příkazu k vydání slyšeného na magistrátním soudu v Bow Street v Londýně, aby zjistil, zda by měl být vzat do Itálie, aby čelil obvinění z vraždy. DNA „dokázala“, že ji zastřelil, ale byl zbaven dalších důkazů. [98]
  • V roce 2003 byl Velšan Jeffrey Gafoor odsouzen za vraždu Lynette Whiteové v roce 1988, kdy byly důkazy o místě činu shromážděné před 12 lety znovu přezkoumány pomocí technik STR, což mělo za následek shodu s jeho synovcem. [99] Toto může být první známý příklad DNA nevinného, ​​ale příbuzného jedince, který byl použit k identifikaci skutečného zločince prostřednictvím „rodinného hledání“.
  • V březnu 2003 byl Josiah Sutton propuštěn z vězení poté, co si odpykal čtyři roky dvanáctiletého trestu za obvinění ze sexuálního napadení. Sporné vzorky DNA odebrané ze Suttona byly znovu testovány v důsledku skandálu kriminální laboratoře policejního oddělení v Houstonu s nesprávným zacházením s důkazy DNA.
  • V červnu 2003, kvůli novým důkazům DNA, Dennis Halstead, John Kogut a John Restivo vyhráli znovu soud o jejich odsouzení za vraždu, jejich přesvědčení bylo zrušeno a byli propuštěni. [100] Tři muži si již odpykávali osmnáct let z jejich třiceti a více let vězení.
  • Soud s Robertem Picktonem (odsouzeným v prosinci 2003) je pozoruhodný tím, že k identifikaci jsou primárně použity důkazy DNA oběti, a v mnoha případech prokázat jejich existenci.
  • V roce 2004 testování DNA vrhlo nové světlo na záhadné zmizení Bobby Dunbara z roku 1912, čtyřletého chlapce, který zmizel během rybářské výpravy. Údajně byl nalezen živý o osm měsíců později ve vazbě Williama Cantwella Waltersa, ale jiná žena tvrdila, že chlapcem byl její syn Bruce Anderson, kterého svěřila do Waltersovy vazby. Soudy jejímu tvrzení neuvěřily a usvědčily Waltersa za únos. Chlapec byl po zbytek svého života vychován a známý jako Bobby Dunbar. Testy DNA na Dunbarově synovi a synovci však odhalily, že tito dva spolu nesouvisí, a tak se zjistilo, že chlapec nalezený v roce 1912 nebyl Bobby Dunbar, jehož skutečný osud zůstává neznámý. [101]
  • V roce 2005 byl Gary Leiterman odsouzen za vraždu Jane Mixerové, studentky práv na univerzitě v Michiganu, v roce 1969 poté, co byla DNA nalezená na punčocháče Mixera spárována s Leitermanem. DNA v kapce krve na Mixerově ruce byla spojena s Johnem Ruelasem, kterému byly v roce 1969 teprve čtyři roky a nikdy nebyl s případem jiným způsobem úspěšně spojen. Leitermanova obrana neúspěšně tvrdila, že nevysvětlitelná shoda krvavé skvrny s Ruelasem poukazuje na křížovou kontaminaci a vyvolává pochybnosti o spolehlivosti laboratorní identifikace Leitermana. [102] [103] [104]
  • V prosinci 2005 byl Evan Simmons prokázán jako nevinný útoku z roku 1981 na ženu v Atlantě poté, co si odpykal čtyřiadvacet let ve vězení. Pan Clark je 164. osoba ve Spojených státech a pátá v Gruzii, která byla osvobozena pomocí testování DNA po odsouzení.
  • V listopadu 2008 byl Anthony Curcio zatčen za přípravu jedné z nejpropracovanějších loupeží obrněných aut v historii. Důkazy DNA spojily Curcio se zločinem. [105]
  • V březnu 2009 byl Sean Hodgson - usvědčen z vraždy 22leté Teresy De Simone (22) v jejím autě v Southamptonu v roce 1979 - propuštěn poté, co testy prokázaly, že DNA z místa činu nebyla jeho. Později byla spárována s DNA získanou z exhumovaného těla Davida Lace. Lace se ke zločinu předtím přiznal, ale detektivové mu nevěřili. Sloužil ve vězení za jiné zločiny spáchané současně s vraždou a poté v roce 1988 spáchal sebevraždu. [106]
  • V roce 2012 vedlo rodinné profilování DNA k neočekávanému objevu Alice Collins Plebuchové, že její rodová linie nebyla čistě irská, jak se dříve věřilo, ale její dědictví také obsahovalo evropskou židovskou, blízkovýchodní a východní Evropu. To ji vedlo k rozsáhlému genealogickému vyšetřování, které mělo za následek její odhalení genetické rodiny jejího otce, který byl při narození změněn. [107] [108]
  • V roce 2016 mohla Anthea Ring, opuštěná jako dítě, použít vzorek DNA a databázi shody DNA k odhalení identity a kořenů své zesnulé matky v hrabství Mayo v Irsku. Nedávno vyvinutý forenzní test byl následně použit k zachycení DNA ze slin zanechaných jejím starým razítkem a obálkami jejím podezřelým otcem, odhalených pečlivým genealogickým výzkumem. DNA v prvních třech vzorcích byla příliš degradovaná na použití. Čtvrtého však bylo nalezeno více než dost DNA. Test, který má stupeň přesnosti přijatelný u britských soudů, prokázal, že muž jménem Patrick Coyne byl jejím biologickým otcem. [109] [110]
  • V roce 2018 byla Buckskin girl (tělo nalezené v roce 1981 v Ohiu) identifikována jako Marcia King z Arkansasu pomocí genealogických technik DNA [111]
  • V roce 2018 byl Joseph James DeAngelo zatčen jako hlavní podezřelý z Golden State Killer pomocí DNA a genealogických technik. [112]
  • V roce 2018 byl William Earl Talbott II zatčen jako podezřelý z vražd Jaye Cooka a Tanyi Van Cuylenborg z roku 1987 za pomoci genealogického testování DNA. Stejný genetický genealog, který pomáhal v tomto případě, pomohl policii i s dalšími 18 zatčenými v roce 2018. [113]
  • V roce 2019 byly rozřezané pozůstatky nalezené v jeskyni v Idahu v letech 1979 a 1991 identifikovány pomocí genetických otisků prstů jako náležející Josephu Henrymu Lovelessovi. Loveless byl obvyklý zločinec, který zmizel po útěku z vězení v roce 1916, kde byl obviněn ze zabití své manželky Agnes sekerou. Nalezené oblečení s ostatky odpovídalo popisu těch, které měl Loveless na sobě, když utíkal.

Testování DNA se používá k vytvoření nástupnického práva k britským titulům. [114]


Počkejte, používám jiný nánosník!

Pojďme se rychle podívat na další oblíbené typy nánosníků

Flash Nosband - Bleskový nosní pásek nebo bleskový kavesson vypadá velmi podobně jako obyčejný kavesson, s přidáním menšího popruhu, který se zapíná pod udidlem a pomáhá držet koni zavřená tlama. Tento typ nánosníku by měl také zapadnout dvěma prsty pod zygomatický hřeben, ale s těsností jednoho prstu. Po uchycení musí mít řemínek blesku těsnost dvěma prsty.

Obrázek 8 nebo Grackle - Čelní pás č. 8 nebo Grackle se kříží před nosem a upevňuje se na dvou místech za čelist. Středová podložka, kde se popruhy kříží, by měla sedět vysoko na nose. Horní popruhy se překříží nad zygomatickým hřebenem, než se prohnou za čelist, spodní popruhy se zapínají pod udidlem, za bradou. Každý popruh by měl mít mezi řemínkem a obličejem těsnost ½ ”nebo jeden prst.

Drop Noseband - Pokládací nosní pás pasuje nízko na nos koně a také pomáhá držet koňskou tlamu zavřenou.Kapka by se měla hodit pod kousek, ale nad konec nosní kosti - konce nosní kosti jsou křehké, takže pokud si nejste jisti, zda vám fit vyhovuje, možná budete chtít vyhledat pomoc nebo zkusit jiný kavesson. Po utažení byste měli být schopni vejít jedním prstem mezi nosní pásek a obličej.


Zorné pole (FOV)

V mikroskopu běžně pozorujeme věci v kruhovém prostoru (nebo poli), jak je definují čočky. Tuto pozorovatelnou oblast označujeme jako zorné pole (FOV) . Pochopení velikosti zorného pole je důležité, protože skutečné velikosti objektu lze vypočítat pomocí zvětšení čoček.

FOV lze popsat jako oblast kruhu:

Plocha = & pi r 2

Jaké jsou účinky zvětšení na FOV?

1) Nejnižší zvětšení 2) Nízké zvětšení 3) Vysoké zvětšení 4) Nejvyšší zvětšení

Na obrázku 1 můžeme vidět model DNA na stole s lahví s vodou a velkou plochou místnosti. Obrázek 2 zobrazuje méně místnosti na pozadí, ale model DNA má větší vzhled, protože zvětšení je větší. Na obrázku 3 již nevidíme důkaz dveří a model DNA je mnohem větší než dříve. Na obrázku 4 již nevidíme stůl, na kterém stojí model a láhev s vodou. Zatímco poslední obrázek je největší, vidíme méně okolních objektů. Máme vyšší zvětšení za cenu zorného pole. FOV nepřímo souvisí s úrovní zvětšení.

Výpočet zorného pole

  1. Prohlédněte si pravítko pod zvětšením skenování
    • Změřte průměr v mm
    • průměr = _________________
    • poloměr = ____________________
    • Vypočítejte zorné pole při tomto zvětšení = __________________
  2. Prohlédněte si pravítko pod malým zvětšením (10x)
    • Změřte průměr v mm
    • průměr = _________________
    • poloměr = ____________________
    • Vypočítejte zorné pole při tomto zvětšení = ____________________
  3. Jaký je vztah mezi zvětšením a zorným polem?
  4. Jaký je podíl změny zorného pole při zdvojnásobení zvětšení?

Dopis & ldquoe & rdquo

  1. Klikněte na odkaz https://www.ncbionetwork.org/iet/microscope/
    1. Klikněte na & ldquoExplore & rdquo & rarr Klikněte na ukázkové pole & ldquo? & Rdquo & rarr Klikněte na & ldquoSample Slides & rdquo
    2. Klikněte na & ldquoLetter E & rdquo
    1. Co pozorujete na obrázku pod mikroskopem?
    2. Obraz je rozmazaný, proto zaostřete
    • Nakreslete & ldquoe & rdquo při skenování, nízké a vysoké zvětšení


    Abstraktní

    Vyvinuli jsme polymerní kapsle v mikroskopickém měřítku, které jsou schopné chemicky degradovat určitý typ polymerních mikroperliček v jejich bezprostřední blízkosti. Inspirace zde pochází z imunitního systému těla, kde zabíječské T buňky selektivně ničí rakovinné buňky nebo buňky infikované patogeny, zatímco zdravé buňky nechávají na pokoji. „Zabijácké“ kapsle jsou vyrobeny z kationtového biopolymeru chitosanu kombinací iontového zesíťování (za použití multivalentních tripolyposfátových aniontů) a následného kovalentního zesíťování (za použití glutaraldehydu). Během tvorby kapslí je v těchto kapslích zapouzdřen enzym glukózooxidáza (GOx). Cílové kuličky jsou vyrobeny iontovým zesíťováním biopolymer alginátu za použití měďnatých (Cu 2+) kationtů. Zabijácké kapsle sbírají ze svého okolí glukózu, která je poté enzymaticky konvertována pomocí GOx na glukonátové ionty. Tyto ionty jsou známé svou schopností chelátovat kationty Cu 2+. Když je tedy zabijácká kapsle vedle cílové alginátové kuličky, glukonátové ionty difundují do kuličky a extrahují příčné vazby Cu 2+, což způsobuje rozpad cílové kuličky. Taková destrukce je vizualizována v reálném čase pomocí optické mikroskopie. Zničení je specifické, tj. Ostatní mikročástice, které neobsahují Cu 2+, zůstávají nerušeny. Kromě toho je destrukce lokalizována, tj. Cíle zničené v krátkodobém horizontu jsou cíle hned vedle zabijáckých kuliček. Časový rozsah destrukce závisí na koncentraci enkapsulovaného enzymu v kapslích.


    Obsah

    Zatímco objev buněk Robertem Hookem v roce 1665 vedl k návrhu buněčné teorie, Hooke uvedl v omyl teorii buněčných membrán, že všechny buňky obsahovaly tvrdou buněčnou stěnu, protože v té době bylo možné pozorovat pouze rostlinné buňky. [9] Mikroskopové se na buněčnou stěnu zaměřovali více než 150 let, dokud nebyly v mikroskopii dosaženy pokroky. Na počátku 19. století byly buňky uznány jako samostatné entity, nespojené a svázané jednotlivými buněčnými stěnami poté, co bylo zjištěno, že rostlinné buňky lze oddělit. Tato teorie se rozšířila o živočišné buňky, aby navrhla univerzální mechanismus pro ochranu a vývoj buněk. Ve druhé polovině 19. století ještě nebyla mikroskopie natolik pokročilá, aby dokázala rozlišovat mezi buněčnými membránami a buněčnými stěnami. Někteří mikroskopové však v tuto chvíli správně identifikovali, že i když jsou neviditelní, lze usuzovat, že buněčné membrány existovaly v živočišných buňkách v důsledku intracelulárního pohybu složek interně, ale nikoli externě, a že membrány nebyly ekvivalentem buněčné stěny k rostlinné buňce. Bylo také vyvozeno, že buněčné membrány nejsou životně důležitými složkami všech buněk. Mnozí vyvraceli existenci buněčné membrány ještě ke konci 19. století. V roce 1890 aktualizace buněčné teorie uvedla, že buněčné membrány existují, ale jsou pouze sekundárními strukturami. Buněčné membrány získaly větší uznání až v pozdějších studiích s osmózou a propustností. [9] V roce 1895 Ernest Overton navrhl, aby buněčné membrány byly vyrobeny z lipidů. [10]

    Hypotéza lipidové dvojvrstvy, navržená v roce 1925 Gorterem a Grendelem, [11] vytvořila spekulaci k popisu struktury dvojvrstvy buněčné membrány na základě krystalografických studií a pozorování mýdlových bublin. Ve snaze přijmout nebo odmítnout hypotézu vědci změřili tloušťku membrány. [9] V roce 1925 Fricke určil, že tloušťka membrán erytrocytových a kvasinkových buněk se pohybuje v rozmezí 3,3 až 4 nm, což je tloušťka kompatibilní s lipidovou monovrstvou. Volba dielektrické konstanty použité v těchto studiích byla zpochybněna, ale budoucí testy nemohly vyvrátit výsledky počátečního experimentu. Nezávisle byl leptoskop vynalezen za účelem měření velmi tenkých membrán porovnáním intenzity světla odraženého od vzorku s intenzitou membránového standardu známé tloušťky. Přístroj dokázal vyřešit tloušťky, které závisely na měření pH a přítomnosti membránových proteinů v rozmezí od 8,6 do 23,2 nm, přičemž nižší měření podporovala hypotézu lipidové dvojvrstvy. Později ve třicátých letech minulého století se model membránové struktury obecně vyvinul jako paucimolekulární model Davsona a Danielliho (1935). Tento model byl založen na studiích povrchového napětí mezi oleji a vejci ostnokožce. Protože se hodnoty povrchového napětí zdály být mnohem nižší, než by se očekávalo pro rozhraní olej -voda, předpokládalo se, že za snížení mezifázového napětí na povrchu buněk je zodpovědná nějaká látka. Bylo navrženo, aby mezi dvěma tenkými proteinovými vrstvami byla lipidová dvojvrstva. Paucimolekulární model se okamžitě stal populárním a dominoval buněčným membránovým studiím následujících 30 let, dokud se nestal soupeřem modelem tekuté mozaiky Singer a Nicolson (1972). [12] [9]

    Navzdory četným modelům buněčné membrány navrženým před modelem tekuté mozaiky zůstává primární archetyp buněčné membrány dlouho po jejím vzniku v 70. letech minulého století. [9] Přestože byl model tekuté mozaiky modernizován tak, aby podrobně popisoval současné objevy, základy zůstaly konstantní: membrána je lipidová dvojvrstva složená z hydrofilních vnějších hlav a hydrofobního interiéru, kde proteiny mohou interagovat s hydrofilními hlavami prostřednictvím polárních interakcí, ale proteiny které zcela nebo částečně překlenují dvojvrstvu, mají hydrofobní aminokyseliny, které interagují s nepolárním lipidovým vnitřkem. Model tekuté mozaiky nejenže poskytl přesnou reprezentaci membránové mechaniky, ale také rozšířil studium hydrofobních sil, které se později vyvinuly v zásadní popisné omezení pro popis biologických makromolekul. [9]

    Vědci po mnoho staletí nesouhlasili s významem struktury, kterou vnímali jako buněčnou membránu. Téměř dvě století byly membrány pozorovány, ale většinou to ignorovaly jako důležitou strukturu s buněčnou funkcí. Význam buněčné membrány, jak byla uznána, byl až ve 20. století. Nakonec dva vědci Gorter a Grendel (1925) zjistili, že membrána je „na bázi lipidů“. Z toho podpořili myšlenku, že tato struktura bude muset být ve formaci, která napodobuje vrstvy. Poté, co byl dále studován, bylo zjištěno porovnáním součtu povrchů buněk a povrchů lipidů, takže byl odhadnut poměr 2: 1, což poskytuje první základ dnes známé dvojvrstvé struktury. Tento objev zahájil mnoho nových studií, které vznikly globálně v různých oblastech vědeckých studií, což potvrzuje, že struktura a funkce buněčné membrány jsou široce přijímány. [9]

    Struktura byla různými spisovateli různě označována jako ektoplast (de Vries, 1885), [13] Plasmahaut (plazmová kůže, Pfeffer, 1877, 1891), [14] Hautschicht (vrstva kůže, Pfeffer, 1886 s jiným významem, Hofmeister, 1867), plazmatická membrána (Pfeffer, 1900), [15] plazmatická membrána, cytoplazmatická membrána, buněčný obal a buněčná membrána. [16] [17] Někteří autoři, kteří nevěřili, že na povrchu buňky existuje funkční propustná hranice, raději pro vnější oblast buňky použili termín plasmalemma (vytvořený Mastem, 1924). [18] [19] [20]

    Buněčné membrány obsahují různé biologické molekuly, zejména lipidy a proteiny. Složení není nastaveno, ale neustále se mění kvůli tekutosti a změnám prostředí, dokonce kolísá během různých fází vývoje buněk. Konkrétně se mění množství cholesterolu v membráně buněčné membrány primárních neuronů člověka a tato změna složení ovlivňuje tekutost během vývojových fází. [21]

    Materiál je do membrány začleněn nebo z ní odstraněn různými mechanismy:

    • Fúze intracelulárních váčků s membránou (exocytóza) nejenže vylučuje obsah váčku, ale také inkorporuje komponenty membrány váčku do buněčné membrány. Membrána může kolem extracelulárního materiálu vytvářet bubliny, které se odštípnou a vytvoří z nich vezikuly (endocytóza).
    • Pokud je membrána spojitá s trubkovitou strukturou vyrobenou z membránového materiálu, pak lze materiál z trubice natáhnout do membrány kontinuálně.
    • Přestože je koncentrace membránových složek ve vodné fázi nízká (stabilní membránové složky mají nízkou rozpustnost ve vodě), dochází k výměně molekul mezi lipidovou a vodnou fází.

    Lipidy

    Buněčná membrána se skládá ze tří tříd amfipatických lipidů: fosfolipidů, glykolipidů a sterolů. Množství každého závisí na typu buňky, ale ve většině případů jsou fosfolipidy nejhojnější a často přispívají k více než 50% všech lipidů v plazmatických membránách. [22] [23] Glykolipidy tvoří jen nepatrné množství asi 2% a steroly tvoří zbytek. Ve studiích červených krvinek je 30% plazmatické membrány lipid. U většiny eukaryotických buněk je však složení plazmatických membrán přibližně poloviční z hmotnosti lipidů a poloviny proteinů.

    Tukové řetězce ve fosfolipidech a glykolipidech obvykle obsahují sudý počet atomů uhlíku, typicky mezi 16 a 20. Nejběžnější jsou mastné kyseliny se 16 a 18 uhlíky. Mastné kyseliny mohou být nasycené nebo nenasycené, přičemž konfigurace dvojných vazeb je téměř vždy "cis". Délka a stupeň nenasycení řetězců mastných kyselin mají zásadní vliv na tekutost membrány, protože nenasycené lipidy vytvářejí zalomení, což brání tomu, aby se mastné kyseliny sblížily tak pevně, čímž se sníží teplota tání (zvýšení tekutosti) membrány. [22] [23] Schopnost některých organismů regulovat tekutost jejich buněčných membrán změnou složení lipidů se nazývá homeoviskózní adaptace.

    Celá membrána je držena pohromadě prostřednictvím nekovalentní interakce hydrofobních ocasů, nicméně struktura je poměrně tekutá a není pevně připevněna na svém místě. Za fyziologických podmínek jsou molekuly fosfolipidů v buněčné membráně v kapalném krystalickém stavu. To znamená, že lipidové molekuly mohou volně difundovat a vykazují rychlou laterální difúzi podél vrstvy, ve které jsou přítomny. [22] Výměna molekul fosfolipidů mezi intracelulárními a extracelulárními letáky dvojvrstvy je však velmi pomalý proces. Lipidové rafty a Caveolae jsou příklady cholesterolem obohacených mikrodomén v buněčné membráně. [23] Také část lipidu v přímém kontaktu s integrálními membránovými proteiny, která je pevně spojena s proteinovým povrchem, se nazývá prstencový lipidový obal, chová se jako součást proteinového komplexu.

    V živočišných buňkách se cholesterol běžně vyskytuje v různé míře dispergovaný v buněčných membránách, v nepravidelných prostorech mezi hydrofobními ocasy membránových lipidů, kde propůjčuje membráně zpevňující a zpevňující účinek. [4] Kromě toho se množství cholesterolu v biologických membránách liší mezi organismy, typy buněk a dokonce i v jednotlivých buňkách. Cholesterol, hlavní složka plazmatických membrán zvířat, reguluje tekutost celé membrány, což znamená, že cholesterol řídí pohyb různých složek buněčné membrány na základě jejích koncentrací. [4] Při vysokých teplotách cholesterol inhibuje pohyb řetězců fosfolipidových mastných kyselin, což způsobuje sníženou propustnost pro malé molekuly a sníženou tekutost membrány. Opak je pravdou pro roli cholesterolu v chladnějších teplotách. Produkce cholesterolu, a tím i koncentrace, je up-regulována (zvyšována) v reakci na chladnou teplotu. Při nízkých teplotách interferuje cholesterol s interakcemi řetězců mastných kyselin. Působí jako nemrznoucí směs a udržuje tekutost membrány. Cholesterol je hojnější u zvířat v chladném počasí než u zvířat v teplém počasí. V rostlinách, kterým chybí cholesterol, plní podobné sloučeniny zvané steroly stejnou funkci jako cholesterol. [4]

    Fosfolipidy tvořící lipidové váčky

    Lipidové vezikuly nebo lipozomy jsou přibližně sférické kapsy, které jsou uzavřeny lipidovou dvojvrstvou. [24] Tyto struktury se používají v laboratořích ke studiu účinků chemikálií v buňkách dodávkou těchto chemikálií přímo do buňky a také k lepšímu vhledu do propustnosti buněčné membrány. Lipidové vezikuly a lipozomy jsou vytvořeny nejprve suspendováním lipidu ve vodném roztoku a poté mícháním směsi pomocí sonikace, což vede k tvorbě vezikuly. Měřením rychlosti výtoku z vnitřku váčku do okolního roztoku umožňuje výzkumník lépe porozumět propustnosti membrány. Vesikuly mohou být vytvořeny s molekulami a ionty uvnitř vesikuly vytvořením vesikuly s požadovanou molekulou nebo iontem přítomným v roztoku. Proteiny mohou být také vloženy do membrány solubilizací požadovaných proteinů v přítomnosti detergentů a jejich připojením k fosfolipidům, ve kterých je vytvořen lipozom. Ty poskytují výzkumníkům nástroj ke zkoumání různých funkcí membránových proteinů.

    Sacharidy

    Plazmatické membrány také obsahují uhlohydráty, převážně glykoproteiny, ale s některými glykolipidy (cerebrosidy a gangliosidy). Sacharidy jsou důležité v roli rozpoznávání buňka-buňka v eukaryotech, jsou umístěny na povrchu buňky, kde rozpoznávají hostitelské buňky a sdílejí informace, viry, které se váží na buňky pomocí těchto receptorů, způsobují infekci [25] Většinou nedochází k žádné glykosylaci na membránách v buňce, obecně se glykosylace vyskytuje na extracelulárním povrchu plazmatické membrány. Glykokalyx je důležitým rysem všech buněk, zejména epitelu s mikrovilemi. Nedávné údaje naznačují, že se glykokalyx podílí na buněčné adhezi, navádění lymfocytů [25] a mnoha dalších. Předposledním cukrem je galaktóza a koncovým cukrem je kyselina sialová, protože kostra cukru je v Golgiho aparátu upravena. Kyselina sialová nese záporný náboj a poskytuje vnější bariéru nabitým částicím.

    Bílkoviny

    Typ Popis Příklady
    Integrální proteiny
    nebo transmembránové proteiny
    Překlenout membránu a mít hydrofilní cytosolickou doménu, která interaguje s vnitřními molekulami, hydrofobní doménu zahrnující membránu, která ji ukotví v buněčné membráně, a hydrofilní extracelulární doménu, která interaguje s vnějšími molekulami. Hydrofobní doména se skládá z jednoho, více nebo z kombinace a-šroubovic a motivů beta listového proteinu. Iontové kanály, protonové pumpy, receptor spojený s G proteinem
    Lipidy ukotvené proteiny Kovalentně vázán na jednu nebo více lipidových molekul hydrofobně vložen do buněčné membrány a ukotven protein. Samotný protein není v kontaktu s membránou. G proteiny
    Periferní proteiny Připojeno k integrálním membránovým proteinům nebo spojeno s periferními oblastmi lipidové dvojvrstvy. Tyto proteiny mívají jen dočasné interakce s biologickými membránami, a jakmile reagují, molekula se disociuje, aby mohla pokračovat v práci v cytoplazmě. Některé enzymy, některé hormony

    Buněčná membrána má velký obsah proteinů, typicky kolem 50% objemu membrány [26] Tyto proteiny jsou pro buňku důležité, protože jsou zodpovědné za různé biologické aktivity. Přibližně třetina genů v kvasinkách kóduje speciálně pro ně a toto číslo je u mnohobuněčných organismů ještě vyšší. [24] Membránové proteiny se skládají ze tří hlavních typů: integrální proteiny, periferní proteiny a proteiny ukotvené v lipidech. [4]

    Jak ukazuje sousední tabulka, integrální proteiny jsou amfipatické transmembránové proteiny. Příklady integrálních proteinů zahrnují iontové kanály, protonové pumpy a receptory spřažené s g-proteinem. Iontové kanály umožňují anorganickým iontům, jako je sodík, draslík, vápník nebo chlor, difundovat po elektrochemickém gradientu přes lipidovou dvojvrstvu hydrofilními póry přes membránu. Elektrické chování buněk (tj. Nervových buněk) je řízeno iontovými kanály. [4] Protonové pumpy jsou proteinové pumpy, které jsou zapuštěny do lipidové dvojvrstvy a které umožňují protonům cestovat přes membránu přenosem z jednoho postranního řetězce aminokyseliny do druhého. Procesy, jako je transport elektronů a generování ATP, používají protonová čerpadla. [4] Receptor spojený s G-proteinem je jediný polypeptidový řetězec, který sedmkrát překračuje lipidovou dvojvrstvu a reaguje na signální molekuly (tj. Hormony a neurotransmitery). Receptory spřažené s G-proteinem se používají v procesech, jako je signalizace mezi buňkami, regulace produkce cAMP a regulace iontových kanálů. [4]

    Buněčná membrána, vystavená vnějšímu prostředí, je důležitým místem komunikace mezi buňkami.Na povrchu membrány je tedy přítomno velké množství proteinových receptorů a identifikačních proteinů, jako jsou antigeny. Funkce membránových proteinů mohou také zahrnovat kontakt buňka -buňka, rozpoznávání povrchu, kontakt cytoskeletu, signalizace, enzymatická aktivita nebo transport látek přes membránu.

    Většina membránových proteinů musí být nějakým způsobem vložena do membrány. [27] Aby k tomu došlo, N-koncová „signální sekvence“ aminokyselin nasměruje proteiny do endoplazmatického retikula, které vloží proteiny do lipidové dvojvrstvy. Po vložení jsou proteiny transportovány do konečného místa ve vezikulách, kde se váček spojí s cílovou membránou.

    Buněčná membrána obklopuje cytoplazmu živých buněk a fyzicky odděluje intracelulární složky od extracelulárního prostředí. Buněčná membrána také hraje roli v ukotvení cytoskeletu, aby poskytlo buňce tvar, a v připojení k extracelulární matrici a dalším buňkám, aby je držely pohromadě a vytvářely tkáně. Houby, bakterie, většina archea a rostliny mají také buněčnou stěnu, která buňce poskytuje mechanickou oporu a vylučuje průchod větších molekul.

    Buněčná membrána je selektivně propustná a schopná regulovat, co do buňky vstupuje a vystupuje, čímž usnadňuje transport materiálů potřebných k přežití. Pohyb látek přes membránu může být buď „pasivní“, k čemuž dochází bez vstupu buněčné energie, nebo „aktivní“, což vyžaduje, aby buňka vynaložila energii na její transport. Membrána také udržuje buněčný potenciál. Buněčná membrána tedy funguje jako selektivní filtr, který umožňuje, aby se dovnitř nebo ven z buňky dostaly pouze určité věci. Buňka využívá řadu transportních mechanismů, které zahrnují biologické membrány:

    1. Pasivní osmóza a difúze: Některé látky (malé molekuly, ionty), jako je oxid uhličitý (CO2) a kyslíku (O.2), se mohou pohybovat přes plazmatickou membránu difúzí, což je pasivní transportní proces. Protože membrána funguje jako bariéra pro určité molekuly a ionty, mohou se vyskytovat v různých koncentracích na obou stranách membrány. Difúze nastává, když se malé molekuly a ionty volně pohybují od vysoké koncentrace k nízké koncentraci, aby došlo k rovnováze membrány. Je považován za pasivní transportní proces, protože nevyžaduje energii a je poháněn koncentračním gradientem vytvořeným každou stranou membrány. [28] Takový koncentrační gradient přes semipermeabilní membránu nastavuje osmotický tok vody. Osmóza v biologických systémech zahrnuje rozpouštědlo, pohybující se semipermeabilní membránou podobně jako pasivní difúze, když se rozpouštědlo stále pohybuje s koncentračním gradientem a nevyžaduje žádnou energii. Zatímco voda je nejběžnějším rozpouštědlem v buňce, mohou to být také jiné kapaliny, stejně jako superkritické kapaliny a plyny. [29]

    2. Transmembránové proteinové kanály a transportéry: Transmembránové proteiny procházejí lipidovou dvojvrstvou membrán, které fungují na obou stranách membrány, aby přes ni transportovaly molekuly. [30] Živiny, jako jsou cukry nebo aminokyseliny, se musí dostat do buňky a některé produkty metabolismu musí buňku opustit. Tyto molekuly mohou pasivně difundovat proteinovými kanály, jako jsou aquaporiny, ve usnadněné difúzi, nebo jsou čerpány přes membránu transmembránovými transportéry. Proteiny proteinového kanálu, také nazývané permeázy, jsou obvykle zcela specifické a rozpoznávají a přepravují pouze omezenou škálu chemických látek, často omezených na jednu látku. Dalším příkladem transmembránového proteinu je receptor na povrchu buňky, který umožňuje molekulám buněčné signalizace komunikovat mezi buňkami. [30]

    3. Endocytóza: Endocytóza je proces, při kterém buňky absorbují molekuly tím, že je pohltí. Plazmatická membrána vytváří uvnitř malou deformaci, nazývanou invaginace, ve které je zachycována transportovaná látka. Tato invaginace je způsobena proteiny na vnější straně buněčné membrány, které působí jako receptory a shlukují se do prohlubní, které nakonec podporují akumulaci více proteinů a lipidů na cytosolické straně membrány. [31] Deformace se poté odštípne z membrány na vnitřní straně buňky a vytvoří váček obsahující zachycenou látku. Endocytóza je cesta pro internalizaci pevných částic („pojídání buněk“ nebo fagocytóza), malých molekul a iontů („pití buněk“ nebo pinocytóza) a makromolekul. Endocytóza vyžaduje energii, a je tedy formou aktivního transportu.

    4. Exocytóza: Stejně jako lze materiál do buňky vnést invaginací a vytvořením váčku, lze membránu váčku fúzovat s plazmatickou membránou a vytlačovat její obsah do okolního média. Toto je proces exocytózy. Exocytóza se vyskytuje v různých buňkách k odstranění nestrávených zbytků látek vnesených endocytózou, k vylučování látek, jako jsou hormony a enzymy, a k úplné přepravě látky přes buněčnou bariéru. V procesu exocytózy se nestrávená potravinová vakuola obsahující odpad nebo sekreční váček pučící z Golgiho aparátu nejprve přesune cytoskeletem z vnitřku buňky na povrch. Membrána vezikuly přichází do styku s plazmatickou membránou. Molekuly lipidů dvou dvojvrstev se samy přeskupí a obě membrány se tedy spojí. V kondenzované membráně se vytvoří průchod a vezikuly vypustí svůj obsah mimo buňku.

    Prokaryoty jsou rozděleny do dvou různých skupin, Archaea a Bacteria, přičemž bakterie se dále dělí na grampozitivní a gramnegativní. Gramnegativní bakterie mají jak plazmatickou membránu, tak vnější membránu oddělenou periplazmou, avšak jiné prokaryoty mají pouze plazmatickou membránu. Tyto dvě membrány se liší v mnoha aspektech. Vnější membrána gramnegativních bakterií se liší od ostatních prokaryot v důsledku fosfolipidů tvořících vnější vrstvu dvojvrstvy a lipoproteinů a fosfolipidů tvořících vnitřek. [32] Vnější membrána má typicky porézní kvalitu díky přítomnosti membránových proteinů, jako jsou gramnegativní poriny, což jsou proteiny vytvářející póry. Vnitřní plazmatická membrána je také obecně symetrická, zatímco vnější membrána je asymetrická kvůli proteinům, jako jsou výše uvedené. Také pro prokaryotické membrány existuje několik věcí, které mohou ovlivnit tekutost. Jedním z hlavních faktorů, které mohou ovlivnit tekutost, je složení mastných kyselin. Například když bakterie Staphylococcus aureus byla kultivována při 37 ° C po dobu 24 hodin, membrána vykazovala tekutější stav místo stavu podobného gelu. To podporuje myšlenku, že za vyšších teplot je membrána tekutější než za chladnějších teplot. Když se membrána stává tekutější a potřebuje se více stabilizovat, vytvoří delší řetězce mastných kyselin nebo nasycené řetězce mastných kyselin, aby pomohla stabilizovat membránu. [33] Bakterie jsou také obklopeny buněčnou stěnou složenou z peptidoglykanu (aminokyseliny a cukry). Některé eukaryotické buňky mají také buněčné stěny, ale žádné nejsou vyrobeny z peptidoglykanu. Vnější membrána gramnegativních bakterií je bohatá na lipopolysacharidy, což jsou kombinované poly- nebo oligosacharidové a sacharidové lipidové oblasti, které stimulují přirozenou imunitu buňky. [34] Vnější membrána se může při stresových podmínkách nebo na základě požadavků na virulenci vynořit do periplazmatických výčnělků, zatímco narazí na hostitelskou cílovou buňku, a tak mohou takové bubliny fungovat jako virulentní organely. [35] Bakteriální buňky poskytují četné příklady různých způsobů, jakými jsou membrány prokaryotických buněk přizpůsobeny strukturami, které vyhovují místu organismu. Například proteiny na povrchu určitých bakteriálních buněk pomáhají při jejich klouzavém pohybu. [36] Mnoho gramnegativních bakterií má buněčné membrány, které obsahují systémy pro export proteinů poháněné ATP. [36]

    Model z tekuté mozaiky

    Podle modelu tekuté mozaiky S. J. Singera a G. L. Nicolsona (1972), který nahradil dřívější model Davsona a Danielliho, lze biologické membrány považovat za dvourozměrnou kapalinu, ve které molekuly lipidů a proteinů více či méně snadno difundují. [37] Ačkoli lipidové dvojvrstvy, které tvoří základ membrán, ve skutečnosti samy tvoří dvourozměrné kapaliny, plazmatická membrána také obsahuje velké množství proteinů, které poskytují větší strukturu. Příklady takových struktur jsou komplexy protein-protein, pikety a ploty tvořené cytoskeletem na bázi aktinu a potenciálně lipidové rafty.

    Lipidová dvojvrstva

    Lipidové dvojvrstvy se tvoří procesem vlastní montáže. Buněčná membrána se skládá převážně z tenké vrstvy amfipatických fosfolipidů, které se spontánně uspořádají tak, že hydrofobní „ocasní“ oblasti jsou izolovány od okolní vody, zatímco hydrofilní „hlavové“ oblasti interagují s intracelulárními (cytosolickými) a extracelulárními plochami výsledné dvojvrstvy . To tvoří spojitou sférickou lipidovou dvojvrstvu. Hydrofobní interakce (také známé jako hydrofobní účinek) jsou hlavními hnacími silami při tvorbě lipidových dvojvrstev. Zvýšení interakcí mezi hydrofobními molekulami (způsobující shlukování hydrofobních oblastí) umožňuje molekulám vody, aby se navzájem lépe spojovaly, což zvyšuje entropii systému. Tato komplexní interakce může zahrnovat nekovalentní interakce, jako jsou van der Waalsovy, elektrostatické a vodíkové vazby.

    Lipidové dvojvrstvy jsou obecně nepropustné pro ionty a polární molekuly. Uspořádání hydrofilních hlav a hydrofobních ocasů lipidové dvojvrstvy brání polárním solutům (např. Aminokyselinám, nukleovým kyselinám, sacharidům, proteinům a iontům) v difúzi přes membránu, ale obecně umožňuje pasivní difúzi hydrofobních molekul. To poskytuje buňce schopnost řídit pohyb těchto látek prostřednictvím transmembránových proteinových komplexů, jako jsou póry, kanály a brány. Flippázy a scramblasy koncentrují na vnitřní membránu fosfatidyl serin, který nese negativní náboj. Spolu s NANA to vytváří další bariéru pro nabité skupiny pohybující se přes membránu.

    Membrány slouží různým funkcím v eukaryotických a prokaryotických buňkách. Jednou z důležitých rolí je regulovat pohyb materiálů do a ven z buněk. Struktura fosfolipidové dvojvrstvy (model tekuté mozaiky) se specifickými membránovými proteiny odpovídá za selektivní propustnost membrány a pasivní a aktivní transportní mechanismy. Kromě toho membrány v prokaryotech a v mitochondriích a chloroplastech eukaryot usnadňují syntézu ATP prostřednictvím chemiosmózy. [38]

    Polarita membrány

    Apikální membrána polarizované buňky je povrch plazmatické membrány, který směřuje dovnitř k lumenu. To je zvláště patrné v epiteliálních a endotelových buňkách, ale popisuje také další polarizované buňky, jako jsou neurony. Bazolaterální membrána polarizované buňky je povrch plazmatické membrány, který tvoří její bazální a laterální povrchy. Je otočena ven, směrem k interstitiu a pryč od lumenu. Basolaterální membrána je složená fráze odkazující na termíny „bazální (základní) membrána“ a „laterální (boční) membrána“, které, zejména v epiteliálních buňkách, jsou shodné ve složení a aktivitě. Proteiny (jako jsou iontové kanály a pumpy) se mohou volně pohybovat od bazálního k laterálnímu povrchu buňky nebo naopak v souladu s modelem tekuté mozaiky. Těsné spoje spojují epiteliální buňky poblíž jejich apikálního povrchu, aby se zabránilo migraci proteinů z bazolaterální membrány do apikální membrány. Bazální a laterální povrchy tak zůstávají zhruba ekvivalentní [ potřeba vyjasnění ] jeden druhému, přesto odlišný od apikálního povrchu.

    Membránové struktury

    Buněčná membrána může tvořit různé typy „supramembránových“ struktur, jako je caveola, postsynaptická hustota, podosom, invadopodium, fokální adheze a různé typy buněčných spojení. Tyto struktury jsou obvykle zodpovědné za buněčnou adhezi, komunikaci, endocytózu a exocytózu. Lze je zobrazit pomocí elektronové mikroskopie nebo fluorescenční mikroskopie. Jsou složeny ze specifických proteinů, jako jsou integriny a kadheriny.

    Cytoskeleton

    Cytoskelet se nachází pod buněčnou membránou v cytoplazmě a poskytuje lešení pro kotvení membránových proteinů, jakož i tvorbu organel, které vyčnívají z buňky. Cytoskeletální prvky skutečně ve velké míře a intimně interagují s buněčnou membránou. [39] Kotevní proteiny je omezují na konkrétní buněčný povrch - například apikální povrch epiteliálních buněk, které lemují střevo obratlovců - a omezují, do jaké míry mohou difundovat uvnitř dvojvrstvy. Cytoskelet je schopen vytvářet organely podobné přívěskům, jako jsou řasinky, což jsou rozšíření na bázi mikrotubulů pokrytá buněčnou membránou, a filopodia, což jsou rozšíření na bázi aktinu. Tato prodloužení jsou uložena v membráně a vyčnívají z povrchu buňky za účelem snímání vnějšího prostředí a/nebo navázání kontaktu se substrátem nebo jinými buňkami. Apikální povrchy epiteliálních buněk jsou husté s prstovými výběžky na bázi aktinu známými jako mikrovilli, které zvětšují povrch buněk a tím zvyšují rychlost absorpce živin. Lokalizované oddělení cytoskeletu a buněčné membrány má za následek tvorbu bubliny.

    Intracelulární membrány

    Obsah buňky uvnitř buněčné membrány je složen z mnoha membránově vázaných organel, které přispívají k celkové funkci buňky. Původ, struktura a funkce každé organely vede k velké variabilitě buněčného složení v důsledku individuální jedinečnosti spojené s každou organelou.

    • Mitochondrie a chloroplasty jsou považovány za látky, které se vyvinuly z bakterií, známých jako endosymbiotická teorie. Tato teorie vzešla z myšlenky, že Paracoccus a Rhodopseaudomonas, typy bakterií, sdílejí podobné funkce jako mitochondrie a modrozelené řasy nebo sinice, sdílejí podobné funkce jako chloroplasty. Endosymbiotická teorie navrhuje, aby v průběhu evoluce eukaryotická buňka pohltila tyto 2 typy bakterií, což vede k tvorbě mitochondrií a chloroplastů uvnitř eukaryotických buněk. Toto zaplavení vedlo ke dvěma membránovým systémům těchto organel, ve kterých vnější membrána pocházela z plazmatické membrány hostitele a vnitřní membrána byla plazmatická membrána endosymbionta. Vzhledem k tomu, že mitochondrie i chloroplasty obsahují vlastní DNA, je další podpora toho, že se oba tyto organely vyvinuly z pohlcených bakterií, které prospívaly uvnitř eukaryotické buňky. [40]
    • V eukaryotických buňkách odděluje jaderná membrána obsah jádra od cytoplazmy buňky. [41] Jaderná membrána je tvořena vnitřní a vnější membránou, zajišťující přísnou regulaci materiálů dovnitř a ven z jádra. Materiály se pohybují mezi cytosolem a jádrem prostřednictvím jaderných pórů v jaderné membráně. Pokud je jádro buňky při transkripci aktivnější, bude mít jeho membrána více pórů. Proteinové složení jádra se může velmi lišit od cytosolu, protože mnoho proteinů není schopno projít póry difúzí. V jaderné membráně se vnitřní a vnější membrána liší ve složení bílkovin a pouze vnější membrána je spojitá s membránou endoplazmatického retikula (ER). Stejně jako ER má vnější membrána také ribozomy zodpovědné za produkci a transport proteinů do prostoru mezi oběma membránami. Jaderná membrána se rozkládá v počátečních fázích mitózy a znovu se skládá v pozdějších fázích mitózy. [42]
    • ER, který je součástí endomembránového systému, který tvoří velmi velkou část celkového obsahu membrány buňky. ER je uzavřená síť tubulů a vaků a mezi jeho hlavní funkce patří syntéza proteinů a metabolismus lipidů. Existují 2 typy ER, hladké a drsné. Hrubý ER má k sobě připojené ribozomy používané k syntéze bílkovin, zatímco hladký ER se používá spíše ke zpracování toxinů a regulaci vápníku v buňce. [43]
    • Golgiho aparát má dvě vzájemně propojené kulaté Golgiho cisterny. Oddíly aparátu tvoří několik tubulárně-retikulárních sítí odpovědných za organizaci, spojení stohů a přepravu nákladu, které vykazují souvislé hroznovité strunové váčky v rozmezí od 50 do 60 nm. Přístroj se skládá ze tří hlavních oddílů, ploché cisterny ve tvaru disku s tubulárně-retikulárními sítěmi a vezikulami. [44]

    Variace

    Buněčná membrána má různé lipidové a proteinové kompozice v odlišných typech buněk, a proto může mít specifické názvy pro určité typy buněk.

      ve svalových buňkách: Sarcolemma je název pro buněčnou membránu svalových buněk. [45] Přestože je sarkolemma podobná jiným buněčným membránám, má další funkce, které jej odlišují. Například sarkolemma přenáší synaptické signály, pomáhá vytvářet akční potenciály a velmi se podílí na svalové kontrakci. [46] Na rozdíl od jiných buněčných membrán tvoří sarkolemma malé kanály zvané T-tubuly, které procházejí celou řadou svalových buněk. Bylo také zjištěno, že průměrné sarkolemma je 10 nm silné na rozdíl od tloušťky 4 nm obecné buněčné membrány. [47] [45]
  2. Oolemma je buněčná membrána v oocytech: Oolemma oocytů (nezralé vaječné buňky) nejsou v souladu s lipidovou dvojvrstvou, protože jim chybí dvojvrstva a nesestávají z lipidů. [48] ​​Struktura má spíše vnitřní vrstvu, oplodňovací obálku a zevnějšek je tvořen vitellinovou vrstvou, která je tvořena glykoproteiny, ale kanály a proteiny jsou stále přítomny pro své funkce v membráně. : Specializovaná plazmatická membrána na axonech nervových buněk, která je zodpovědná za generování akčního potenciálu. Skládá se z granulované, hustě zabalené lipidové dvojvrstvy, která úzce spolupracuje se spektrinem a aktinem složek cytoskeletu. Tyto složky cytoskeletu jsou schopné se vázat a interagovat s transmembránovými proteiny v axolemmu. [49] [50]
  3. Propustnost membrány je rychlost pasivní difúze molekul přes membránu. Tyto molekuly jsou známé jako permeační molekuly. Propustnost závisí hlavně na elektrickém náboji a polaritě molekuly a v menší míře na molární hmotnosti molekuly. Vzhledem k hydrofobní povaze buněčné membrány procházejí membránou snáze malé elektricky neutrální molekuly než velké, nabité. Neschopnost nabitých molekul projít buněčnou membránou má za následek rozdělení pH látek do tekutých oddílů těla.


    Jak dochází k plynné výměně v alveolách?

    K plynné výměně dochází v alveolách jednoduchou difúzí. Krev protékající alveoly je bohatá na oxid uhličitý a velmi chudá na kyslík. Molekuly plynu přirozeně proudí ve směru nižší koncentrace tenkou membránou pro výměnu plynu, která je tlustá pouze ze dvou buněk.

    Alveoly jsou malé balónkové struktury, které se při každém vdechnutí nafouknou.Membrány, které obklopují tyto malé váčky, jsou silné pouze jednu buňku a jsou potaženy speciální tekutinou, která umožňuje nafukování a rozpouštění plynů. Tato tekutina obsahuje látku, která snižuje povrchové napětí, což by jinak mohlo způsobit zhroucení plicních sklípků. Vaky mají drobné krevní cévy v přímém kontaktu s nimi a tyto krevní cévy mají také stěny silné pouze jednu buňku.

    Alveoly se nafouknou, když se bránice stáhne a rozšíří hrudní dutinu. To způsobí, že tlak v plicních sklípcích klesne pod atmosférický tlak a vzduch se ponoří dovnitř, aby je nafoukl. Směs plynů v plicích je však velmi odlišná od směsi vzduchu, protože plíce neustále uvolňují oxid uhličitý. Tělo neustále spotřebovává kyslík a vytváří oxid uhličitý metabolickými procesy a plíce se při výdechu zcela nevyprázdní.


    Kříž s jediným znakem (monohybridní kříž)

    Monohybridní kříž (jeden znakový kříž) pozorující tvar lusku hrachu.

    Monohybridní kříž (na znakovém kříži) pozorující barvu hrášku.

    Zbarvení kukuřice ve F2 Populace (aktivita)


    Kukuřičný klas obsahuje stovky jader. Každé jádro je semeno, které představuje individuální organismus. V klasu můžeme snadno vidět barvu jádra jako fenotyp.


    Podívejte se na video: Lucinka Pusinka naučí deti správne vyslovovať (Listopad 2021).