Ученые из Южного научного центра РАН и Южного федерального университета разработали новую методику очистки твердых биологических останков, таких как кости и зубы, для последующего анализа ДНК в палеогенетических и криминалистических исследованиях. Кроме того, состав, используемый в этой технологии, продемонстрировал высокую эффективность в качестве антисептика. Это важное достижение было представлено на V На Конгрессе молодых ученых, который состоялся в ноябре 2025 года на Федеральной территории «Сириус», об этом изобретении корреспонденту «Научной России» сообщила научный сотрудник лаборатории палеогеографии ЮНЦ РАН, старший преподаватель кафедры генетики ЮФУ, директор биотехнологического стартапа «Генотип», кандидат биологических наук Ольга Юрьевна Арамова.
Палеогенетика – это наука, занимающаяся изучением древней ДНК. Важной задачей в этой области является предотвращение загрязнения образцов посторонними веществами, содержащими современный генетический материал, поскольку это может существенно ухудшить точность исследования. Ранее уже применялись методы очистки твердых биоматериалов перед проведением ДНК-анализа, однако они не лишены недостатков.
«В ДНК-криминалистике и палеогенетике образец, будь то фрагмент кости или зуб, как правило, уже загрязнен к моменту его поступления в лабораторию. Причины этого просты: археолог мог прикоснуться к останкам без использования перчаток, или криминалист случайно мог чихнуть на объект. Для генетика это представляет собой проблему: необходимо тщательно отделить подлинную ДНК объекта от ДНК-загрязнителя. Достоверность результата полностью зависит от этого. Проблема заключается в том, что при работе с костью возрастом в 1 тыс. лет ее ДНК значительно деградировала. И даже одна молекула современной ДНК, попавшая на образец, может подавить древний сигнал, поскольку она более длинная, целостная и химически активная.
Никто до этого момента не демонстрировал столь виртуозного подхода к решению поставленной задачи. Древний материал, проведший в земле столетия, поглощает все окружающее, подобно губке. При этом применяемые на данный момент способы очистки, такие как растворы гипохлорита, оказываются недостаточно деликатными: они либо слишком агрессивны и разрушают ценную древнюю ДНК вместе с загрязнениями, либо не обеспечивают достаточного результата, — рассказала корреспонденту «Научной России» О.Ю. Арамова. Исследователь уделяет большое внимание популяризации научных знаний, принимая участие в разнообразных мероприятиях и ведя канал в Telegram, в котором доступным языком объясняются вопросы генетики и рассказывается о профессиональной деятельности.
Совместно с… Ольга Юрьевна Арамова разработала подход, который открывает новые возможности в изучении ДНК Игорем Валериевичем Корниенко — главный научный сотрудник лаборатории палеогеографии ЮНЦ РАН, заведующий лабораторией «Идентификация объектов биологического происхождения» ЮФУ, доктор биологических наук. Представлен состав, позволяющий эффективно удалять загрязнения с образцов костей и зубов, не повреждая при этом подлинную ДНК.
«Наше изобретение представляет собой специализированный раствор, который в профессиональной среде называют деконтаминирующим средством. Его основу составляет запатентованный нами химический состав, созданный исключительно из отечественного сырья. Хотя это можно рассматривать как пример импортозамещения, разработка не имеет аналогов. Для создания состава, функционирующего как «умный скальпель”, мы проводили моделирование и испытания сотен различных комбинаций. В итоге нам удалось подобрать формулу, которая полностью устраняет все посторонние вещества с поверхности, но не проникает вглубь костной ткани и не повреждает историческую информацию — пояснила О.Ю. Арамова. — В пересмотренный состав вошли известные науке химические соединения, однако впервые мы использовали их комбинацию, подобранную в точно определенных концентрациях и предназначенную для решения новой задачи. Мы выработали уникальный баланс, необходимый для функционирования в такой специфической среде, как порошок древних костей. На текущий момент мы уже получили три патента на данное изобретение, что свидетельствует о признании его новизны и уникальности на государственном уровне».
Использование нового раствора для очистки образцов не представляет сложностей и позволяет без проблем интегрировать его в обычный рабочий процесс любой лаборатории.
«Процедура состоит из следующих шагов: сначала мы получаем костный порошок, затем добавляем к нему наш раствор, предшествующий извлечению ДНК, после чего тщательно перемешиваем и проводим центрифугирование смеси. Этот процесс занимает всего шесть минут, — отметила она О.Ю. Арамова. — После завершения центрифугирования необходимо удалить надосадочную жидкость, содержащую загрязнители и чужеродную ДНК. В результате на дне пробирки, в осадке, концентрируется биологический материал высокой степени чистоты, который можно использовать для последующих исследований. Для проведения данной процедуры не требуется специальное оборудование – все необходимое имеется в стандартной лаборатории».
Разработка основана на принципе дифференциального лизиса, применяемого с использованием химических детергентов. Если говорить проще, то ученые используют специальный очищающий раствор, который выборочно разрушает нежелательные элементы (клетки и содержащуюся в них чужеродную ДНК), при этом сохраняя древнюю костную ткань, содержащую необходимый генетический материал.
«В минерализованных тканях организма, таких как кости и зубы, аутентичная ДНК надежно сохраняется внутри минерализованных клеток (остеоцитов) или в дентине. Для извлечения необходимо провести длительный процесс декальцинации. Загрязнители – клетки эпителия, бактерии, вирусы – располагаются на поверхности частиц костного порошка. Предложенный раствор оказывает избирательное воздействие: он устраняет любые внешние агенты, присутствующие на поверхности, не повреждая структуру кости. В этом и состоит особенность данной разработки, — подчеркнула О.Ю. Арамова. — Еще одна отличительная особенность нашей методики заключается в том, что большинство доступных на рынке средств рассчитаны на воздействие исключительно на «голую» ДНК или РНК. Однако в естественных условиях генетический материал не существует изолированно – он окружен клеточной мембраной. Наше средство демонстрирует двойной эффект: оно эффективно разрушает клеточные мембраны загрязнителя, освобождая чужеродную ДНК, и сразу же уничтожает ее. Именно этот подход позволяет гарантировать получение ДНК исследуемого объекта без примесей. Это обеспечивает полную достоверность и возможность воспроизведения результатов. И самое важное – подобный подход более экономичен и удобен по сравнению с альтернативными решениями».
Реагент проявил себя с положительной стороны в ходе исследования труднодоступных для анализа образцов – зубов и костей, извлеченных из курганов Юга России. Эти захоронения датируются I тысячелетием н.э. и принадлежат представителям Хазарского каганата. «Это стало серьезным испытанием: малейшая ошибка могла привести к утрате ценного исторического материала. Однако, когда нам удалось получить безупречные генетические профили древних людей, свободные от современной контаминации, стало очевидно: мы нашли эффективное решение», — рассказала О.Ю. Арамова.
Проект разрабатывался в течение продолжительного периода. Исследования получили поддержку Фонда содействия инновациям и были удостоены наград на конкурсах молодых инноваторов «УМНИК» и «Студенческий стартап». Однако О.Ю. Арамов решил выбрать более масштабный грант «Старт-1», чтобы обеспечить выход разработки на коммерческую стадию.
«Проверка метода осуществлялась с применением строгих протоколов и проводилась в трех независимых лабораториях, в том числе в учреждениях Роспотребнадзора. Для оценки работы системы мы моделировали разнообразные сценарии загрязнения: оценивали эффективность против неповрежденных клеток, против свободной высокомолекулярной ДНК, против биологических жидкостей (крови, слюны) и, что представляется особенно важным для лабораторий, против ПЦР-продуктов (ампликонов), являющихся основным источником контаминации, — сообщила О.Ю. Арамова. — Анализ продемонстрировал значительную результативность: разработанный нами метод обеспечивает полное удаление посторонней ДНК из 1 грамма палеогенетического материала, при этом концентрация удаленной ДНК эквивалентна 10 тысячам клеток. Для наглядности: это сопоставимо с непосредственным попаданием капли крови или слюны на исследуемый образец. В таких условиях выделение аутентичной ДНК становится возможным даже в сложных ситуациях, что, в частности, может найти применение в криминалистике при работе со смешанными образцами».
В ходе дальнейших экспериментов было сделано не менее значимое открытие: новое вещество оказалось применимо не только в генетических исследованиях, но и в качестве средства для борьбы с актуальными и опасными возбудителями болезней.
«В лабораториях Роспотребнадзора проводились испытания для оценки эффективности раствора против возбудителей COVID-19, энтеровирусов и ВИЧ. Полученные данные подтверждены протоколами, демонстрирующими уничтожение генетического материала и клеточных структур с эффективностью, превышающей 99,9%. Этот показатель значительно выше, чем у многих доступных в аптеках средств. Даже в минимальных остаточных количествах концентрация возбудителя патологического процесса снижается до уровня, исключающего вероятность заражения. Именно эта проверенная эффективность отличает научную разработку от обычных маркетинговых продуктов», — заключила Ольга Юрьевна Арамова. В настоящее время группа ученых сосредоточена на практическом применении разработки.
Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации
Фотографии для превью и в тексте предоставлены О.Ю. Арамовой.