Как учёные помогли идентифицировать штамм сибирской язвы в деле "Америтракс"
Почти десять лет исследователям из Университета Мэриленда не разрешали рассказывать о своей работе по идентификации штамма сибирской язвы, использованного в смертельных почтовых атаках 2001 года. Теперь ключевые члены научной группы впервые опубликовали отчёт об этой новаторской работе, которая положила начало новой области — "микробной криминалистике" — и дала следователям по биологическому терроризму метод "генетической дактилоскопии" бактерий.
В онлайн-версии журнала Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) детально описано междисциплинарное исследование, которое ФБР в итоге использовало, чтобы проследить происхождение спор сибирской язвы из писем до пробирки с номером RMR-1029 в лаборатории Форт-Детрик (Мэриленд). Специалисты по биоинформатике из Университета Мэриленда выступили соавторами статьи и провели вычислительный анализ, который выявил четыре генетические мутации. Вместе они составляли уникальную сигнатуру конкретной колонии бактерий сибирской язвы. ФБР впоследствии установило, что эта колония встречалась только в той самой пробирке из Форт-Детрика.
Вычислительный анализ и "пазл" данных
"Мы нашли уникальные биомаркеры, чтобы помочь следователям отследить источник сибирской язвы", — сказал Стивен Салцберг, директор Центра биоинформатики и вычислительной биологии (CBCB) Университета Мэриленда. "Сначала крошечные мутации было трудно обнаружить. Мы думали, что аккуратно собрали "пазл" данных, пока у нас не осталось несколько странных фрагментов. При ближайшем рассмотрении мы обнаружили дополнительную копию критически важного гена".
"К счастью, бактерии сибирской язвы мутируют относительно медленно, поэтому материал в этой колонии развил эти небольшие отличительные мутации, которые привели к физически отличным характеристикам", — пояснил Михай Поп, коллега Салцберга по CBCB и соавтор статьи.
"Наши коллеги из Института наук о геноме Медицинской школы Университета Мэриленда провели секвенирование ДНК образцов бактерий, предоставленных ФБР. Затем с помощью вычислительного анализа мы идентифицировали четыре крошечных изменения в структуре ДНК, которые ФБР могло использовать как отпечаток пальца в своем расследовании", — объяснил Салцберг.
Работа в условиях секретности
Работа над чувствительным, резонансным проектом, связанным с национальной безопасностью, оказалась не такой, как ожидал Салцберг. В 2001 году несколько писем со спорами сибирской язвы были отправлены в Капитолий и различные СМИ. Пять человек погибли, ещё 19 заболели. ФБР попросило Салцберга, Попа и их коллег проанализировать образцы порошка из писем.
"В основном мы получали "слепые" образцы — чаще всего мы не имели представления о происхождении материала", — сказал Салцберг. "Нашей задачей было прочесать данные последовательности ДНК и разгадать генетическую структуру. Когда мы закончили, мы передали наш отчёт ФБР, и они просто сказали: "Спасибо. Вы очень помогли". После этого мы почти ничего не слышали в течение пяти лет, что временами было неприятно. Нам хотелось спросить: "Чем это помогло?"".
Выводы и проверка
Впоследствии ФБР пришло к выводу, что только образцы сибирской язвы из пробирки RMR-1029 в Форт-Детрике имели идентичную генетическую структуру с порошком из писем. Эти образцы содержали те же четыре особенности, выявленные командой вычислительной биологии Университета Мэриленда.
В прошлом месяце группа ведущих учёных, собранная Национальным исследовательским советом (NRC) по просьбе ФБР, провела рецензию расследования ФБР. Отчёт не нашёл недостатков в научной части. Однако он поставил под сомнение интерпретацию и использование этих данных ФБР, заключив: "Научная связь между материалом из писем и колбой RMR-1029 не является столь однозначной, как заявлено в сводке расследования Министерства юстиции".
Рождение микробной криминалистики
Работа исследователей 2001 года, по сути, положила начало новой области — микробной криминалистике.
"До атак с письмами сибирской язвы в 2001 году развивающаяся область микробной криминалистики опиралась на схемы генотипирования микробов, основанные на небольшой части последовательности генома. Расследование "Америтракс" применило высокоразрешающее полногеномное секвенирование и сравнительную геномику. Это исследование демонстрирует криминалистическую ценность систематического микробиологического анализа в сочетании с полногеномным секвенированием и сравнительной геномикой", — говорится в статье PNAS.
"Десять лет назад команда проложила новый путь, и за прошедшие годы мы превратили это в стандартный инструмент, который правоохранительные органы и антитеррористические агентства могут использовать самостоятельно", — пояснил Салцберг. "Мы недавно завершили проект для Министерства внутренней безопасности США, создав онлайн-инструмент с открытым исходным кодом, который агентства могут скачать и использовать для "дактилоскопии" микробов, используемых в атаках".