Fluorescencyjne sondy GFP jako narzędzie w technice kryminalistycznej

 

Grafika wygenerowana przy pomocy kreatora obrazów Bing

Współczesna kryminalistyka stoi w obliczu coraz większych wyzwań, które wymagają nie tylko skuteczności, ale także delikatności w obchodzeniu się z materiałem dowodowym, który łatwo można zniszczyć. Jednym z kluczowych elementów analizy śladów na miejscu zbrodni są ukryte odciski palców (LFP – latent fingerprints). Często są niewidoczne gołym okiem i należy je ujawnić. Tradycyjne techniki wykrywania tych śladów, takie jak stosowanie specjalnych proszków, par cyjanoakrylowych czy chemikaliów mogą reagować z różnymi biomolekuami i bywają po prostu inwazyjne, nierzadko niszczą cenne informacje genetyczne zawarte w śladach biologicznych i często są czasochłonne. Dlatego też specjaliści coraz częściej sięgają po rozwiązania biologiczne i molekularne, oferujące większą precyzję oraz zapewniające mniejsze ryzyko uszkodzenia materiału.

W tym kontekście szczególną uwagę wzbudziło badanie opublikowane przez zespół naukowców z Uniwersytetu w Bath i Shanghai Normal University, którzy zaprojektowali nowatorskie sondy fluorescencyjne oparte na chromoforze białka zielonej fluorescencji (GFP). Chcieli oni opracować narzędzie pozwalające na szybką, nieszkodliwą i dokładną detekcję odcisków palców. 

Pomysł opracowania fluorescencyjnych sond opartych na chromoforze GFP narodził się z potrzeby stworzenia narzędzia wykrywającego nieujawnionych odcisków palców w sposób szybki i nieinwazyjny. W kryminalistyce czas reakcji ma szczególnie kluczowe znaczenie, gdyż szybkie wykrycie i zabezpieczenie śladów na miejscu zdarzenia może rzutować na powodzenie całego śledztwa i ujęcie sprawcy czynu zabronionego. Obecne metody, choć skuteczne, często wymagają specjalistycznego sprzętu, szkodliwych reagentów lub kilkuetapowej obróbki próbek, co ogranicza ich użyteczność w warunkach terenowych. Co więcej, niektóre techniki mogą po prostu zniszczyć cenny materiał dowodowy, taki jak np. DNA, co blokuje tym samym dalsze badania genetyczne.

Dlatego naukowcy postanowili zaprojektować nowe sondy molekularne, które będą nie tylko skuteczne, ale też bezpieczne i kompatybilne z dalszą analizą biologiczną materiału zabezpieczonego na miejscu zdarzenia. Oparli się na strukturze znanej z naturalnego chromoforu GFP, białka szeroko stosowanego w biologii molekularnej jako znacznik fluorescencyjny. GFP jest biokompatybilny, stabilny w warunkach wodnych i łatwo go modyfikować chemicznie. Te cechy sprawiają, że idealnie nadaje się do tworzenia sond fluorescencyjnych a następnie do zastosowania ich w technice kryminalistycznej.

Zespół badawczy skoncentrował się na opracowaniu dwóch wariantów sond: LFP-Yellow i LFP-Red. Różnią się one długością emitowanej fali świetlnej – pierwsza z wymienionych emituje fale “żółtą”, druga “czerwoną” (to w konsekwencji daje większe możliwości w analizie różnorodnych powierzchni i tła). Obie sondy zostały zaprojektowane tak, by wykazywać fluorescencję tylko po kontakcie z konkretnymi składnikami odcisków palców, takimi jak lipidy, aminokwasy czy inne substancje biologiczne.

W warunkach neutralnych sondy pozostają niemal niewidoczne, co oznacza, że nie generują tła ani nie powodują zakłóceń w analizie. Dopiero po “przyłączeniu” do odcisku palca zaczynają emitować fale, co znacząco poprawia kontrast obrazu i umożliwia łatwe fotograficzne udokumentowanie śladu. Co istotne, sondy te są rozpuszczalne w wodzie, nie zawierają metali ciężkich ani szkodliwych i toksycznych rozpuszczalników, a zatem ich użycie nie grozi zniszczeniem materiału dowodowego.

Mechanizm działania sond oparty jest na zjawisku tzw. aktywowanej fluorescencji w obecności biologicznego celu. Sondy w stanie wolnym w roztworze wodnym są słabo fluorescencyjne, co oznacza, że ich struktura chemiczna nie pozwala na efektywne przejście elektronów w stan wzbudzony. Jednak po “związaniu” się z odciskiem palca, który zawiera cząsteczki o określonej polarności i ładunku, struktura sondy zmienia się w sposób umożliwiający emisję silnego światła. Taki system pozwala na bardzo selektywne oznaczenie rzeczywistych śladów biologicznych. Ponadto sondy zostały zaprojektowane w taki sposób, że nie wymagają dodatkowych reakcji chemicznych ani zewnętrznych wzbudzaczy. Wystarczy ich aplikacja w formie sprayu, a następnie naświetlenie światłem ultrafioletowym.

W toku badań nad opracowaniem fluorescencyjnych znaczników naukowcy przeprowadzili szereg eksperymentów na różnych rodzajach powierzchni od szkła, poprzez papier, aż po mniej równe powierzchnie takie jak struktura cegły czy porowaty plastik. W każdym przypadku sondy wykazały bardzo dobrą przyczepność i wysoką selektywność fluorescencji. Co szczególnie istotne, fluorescencja pojawiała się niemal natychmiast po kontakcie z odciskiem palca i w niektórych przypadkach wystarczyło zaledwie 10 sekund, aby uzyskać pełen obraz linii papilarnych.

Zespół przeanalizował także możliwość odzyskania materiału genetycznego z miejsc, gdzie zastosowano sondy LFP-Yellow i LFP-Red. Testy wykazały, że DNA nie uległo degradacji, co oznacza, że próbki można było dalej analizować metodami molekularnymi, np. reakcja łańcuchowa polimerazy PCR (ang. polymerase chain reaction). Jest to kluczowe, ponieważ często analiza daktyloskopijna jest jedynie pierwszym etapem śledztwa, a dopiero identyfikacja genetyczna może potwierdzić tożsamość podejrzanego.

Równolegle z opracowaniem samych sond naukowcy zaprojektowali przenośny system, który umożliwia ich zastosowanie w warunkach terenowych. Urządzenie przypomina niewielki aparat fotograficzny połączony z emiterem światła UV oraz dyspenserem sprayu. Cały system może być zasilany przez proste ogniwo np. baterię i obsługiwany jedną ręką, co sprawia, że idealnie nadaje się do użytku na miejscu zdarzenia, nawet w trudnych warunkach pogodowych czy oświetleniowych. Wysoka czułość fluorescencji pozwalała na wykrycie nawet bardzo słabych śladów, które wcześniej byłyby niezauważalne gołym okiem. Dzięki temu możliwe stało się nie tylko szybkie zabezpieczenie dowodów, ale również zmniejszenie ryzyka ich kontaminacji przez osoby trzecie.

Wprowadzenie biokompatybilnych sond fluorescencyjnych do arsenału techników kryminalistycznych może zrewolucjonizować sposób zabezpieczania i analizy śladów biologicznych. Nowe sondy oferują nie tylko szybkość i wygodę, ale przede wszystkim zmniejsza ryzyko zniszczenia cennego materiału dowodowego. W czasach, gdy coraz więcej przestępstw wymaga interdyscyplinarnej analizy od biologii, przez chemię, aż po informatykę,  takie rozwiązania stają się naprawdę cennymi narzędziami. Dodatkową zaletą jest możliwość zastosowania tej technologii w edukacji, szkoleniach oraz w pracy laboratoriów kryminalistycznych na całym świecie. Dodatkowo okazuje się, że koszt produkcji takich sond nie jest wysoki, a ich zastosowanie nie wymaga specjalistycznych kwalifikacji. Oznacza to, że nawet mniej zaawansowane jednostki śledcze będą w stanie pozwolić sobie na korzystanie z tej technologii.

Opracowanie sond fluorescencyjnych opartych na chromoforze GFP to przykład udanego transferu wiedzy z biologii molekularnej do praktyki kryminalistycznej. Badania przedstawione w artykule dowodzą, że nauka może realnie wspierać procesy dochodzeniowe, oferując narzędzia bardziej skuteczne, bezpieczne i łatwe w obsłudze. Dzięki takim pracom przyszłość nauk sądowych rysuje się w jasnych barwach dosłownie i w przenośni ;) 

Literatura:

1. Ruan N., Qiu Q., Wei X., Liu J., Wu L., Jia N., Huang C.,  James T. D. 2024. De Novo Green Fluorescent Protein Chromophore-Based Probes for Capturing Latent Fingerprints Using a Portable System, Journal of the American Chemical Society, 146: 2072-2079 https://doi.org/10.1021/jacs.3c11277