В популяции казахов можно встретить как темных, так и светлых по внешности индивидов. Идея проекта заключается в создании предпосылок для изучения генетических основ разнообразия фенотипов внешности в популяции казахов.

Актуальность

Последние десять лет активно ведутся исследования генетических основ разнообразия фенотипов внешности, в частности изучается генетическая вариабельности цвета кожи, волос и радужной оболочки глаз. Практическая значимость этих исследований лежит в сфере медицины (патология пигментации), физической антропологии и археологии (реконструкция внешности по древней ДНК), а также криминалистики (предсказание фенотипа внешности). Популяция казахов до сих пор остается не охваченной этими исследованиями, несмотря на то, что относиться к смешанному антропологическому типу – южносибирской расе. Это одна из переходных рас между монголоидами и европеоидами, сложившаяся в процессе их смешения на юге Сибири, в Казахстане и Средней Азии. Территория популяции казахов простирается от нижнего течения Волги на западе до подножия Алтайских гор на востоке, от Западно-Сибирской низменности на севере до пустыни Кызылкум и горной системы Тянь-Шань на юге, занимая 9 место в мире по площади. Фенотипическое разнообразие внешности лица казахской популяции достаточно широкое от темных до светлых цветов кожи, волос и радужной оболочки глаз. Популяции из пограничных регионов между Азией и Европой генетически отличаются от европейских популяций, поэтому светлые фенотипы казахов могут иметь отличительные генетические основы пигментации.

Формирование ДНК Биобанка популяции казахов (N>1000) с Базой их фенотипов внешности, включая 3D-фотография лица с помощью системы Vectra H1 (Canfield Scientific, Parsippany, NJ) [Camison et al., 2018] является ключевым звеном проекта на всех его фазах. База 3D-фотографий лиц является предпосылкой для проведения антропологических исследований – обобщенные фотопортреты субпопуляций (северный, южный, восточный, западный, центральный), а также новых исследовательских направлений – реконструкция 3D внешности лица по его ДНК. В рамках проекта будет предусмотрена возможность (сопряженный пилотный проект) сбора информации по параметрам кожи лица биофизическими методами.

Цель

Оценить точность предикции цвета кожи, волос и радужной оболочки глаз по генетическим маркерам системы HIrisPlex-S для популяции казахов.

Ожидаемые результаты

Геномные технологии успешно внедряются в криминалистику, существенно облегчая идентификацию неизвестной личности из любых оставленных им биологических следов. Результаты первой фазы этого проекта позволят оценить точность системы HIrisPlex-S и определить возможность ее использования в практике Казахстанской судебно-медицинской экспертизы. Проект создает предпосылки для внедрения новых геномных технологий в криминалистику Казахстана. Увеличение скорости раскрываемости преступлений, а также улучшение доказательной базы для привлечения преступников к ответственности отразятся на социальном и экономическом благосостоянии населения. Заинтересованность в результатах проекта проявляют МВД Республики Казахстан и Министерство Юстиции Республики Казахстана, их эксперты представлены в исследовательской группе.

Руководитель проекта

Жабагин Максат Кизатович, PhD,

Профиль: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56590111900.

Члены исследовательской группы

Тарлыков Павел Викторович, PhD,

Профиль: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=35076539700.

Адамбеков Шалкар, PhD,

Профиль: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56803880000

Жунусова Айгуль, PhD,

Профиль: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57189703563

Тажигулова Инкар, MSci,

Профиль: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57194497408.

Ералинов Алибек, MSci , Роль в проекте: Съемка 3D фото. Фенотипирование.

Айдаров Баглан, MSci, Роль в проекте: Подбор участников исследования и анкетирование.

Публикации по теме проекта

1. Zhabagin M., et al., Development of the Kazakhstan Y-chromosome Haplotype Reference Database: Analysis of 27 Y-STR in Kazakh population. The International Journal of Legal Medicine.2019;133(4):1029-1032. (Q1/процентиль 73%), 7 цитирований, doi: 10.1007/s00414-018-1859-8
2. Zhabagin M. et al., The Connection of the Genetic, Cultural and Geographic Landscapes of Transoxiana. Scientific Reports.2017;7(1):3085 (Q1/процентиль 93%), 10 цитирований, doi: 10.1038/s41598-017-03176-z
3. Balanovsky O., Zhabagin M. et al., Deep phylogenetic analysis of haplogroup G1 provides estimates of SNP and STR mutation rates on the human Y-chromosome and reveals migrations of Iranic speakers. PLoS One.2015;10(4):e0122968. (Q2/процентиль 90%), 21 цитирований, doi: 10.1371/journal.pone.0122968
4. Tarlykov PV, Zholdybayeva EV, Akilzhanova AR, et al. Mitochondrial and Y-chromosomal profile of the Kazakh population from East Kazakhstan. Croat Med J. 2013;54(1):17-24. doi:10.3325/cmj.2013.54.17
5. Shevtsov A, Tarlykov P, Zholdybayeva E, et al. Draft Genome Sequence of Rhodococcus erythropolis DN1, a Crude Oil Biodegrader. Genome Announc. 2013;1(5):e00846-13. Published 2013 Oct 17. doi:10.1128/genomeA.00846-13
6. Tarlykov P, Atavliyeva S, Alenova A, Ramankulov Y. Draft Genome Sequence of an Extensively Drug-Resistant Mycobacterium tuberculosis Clinical Isolate, 3485_MTB, from Nur-Sultan, Kazakhstan. Microbiol Resour Announc. 2020;9(10):e00025-20. Published 2020 Mar 5. doi:10.1128/MRA.00025-20
7. Adambekov S, Kaiyrlykyzy A, Igissinov N, Linkov F. Health challenges in Kazakhstan and Central Asia. J Epidemiol Community Health. 2016;70(1):104-108. doi:10.1136/jech-2015-206251
8. Adambekov S, Goughnour SL, Mansuria S, et al. Patient and provider factors associated with endometrial Pipelle sampling failure. Gynecol Oncol. 2017;144(2):324-328. doi:10.1016/j.ygyno.2016.11.041
9. Adambekov S, Yi Y, Fabio A, et al. Metabolic Syndrome in Endometrial Cancer Patients: Systematic Review. Metab Syndr Relat Disord. 2019;17(5):241-249. doi:10.1089/met.2018.0106
10. Zhunussova A, Vitol EA, Polyak B, et al. Mitochondria-Mediated Anticancer Effects of Non-Thermal Atmospheric Plasma. PLoS One. 2016;11(6):e0156818. Published 2016 Jun 6. doi:10.1371/journal.pone.0156818
11. Zhunussova A, Sen B, Friedman L, et al. Tumor microenvironment promotes dicarboxylic acid carrier-mediated transport of succinate to fuel prostate cancer mitochondria. Am J Cancer Res. 2015;5(5):1665-1679. Published 2015 Apr 15.
12. Zhabagin M, Sarkytbayeva A, Tazhigulova I, Yerezhepov D, Li S, Akilzhanov R, Yeralinov A, Sabitov Z, Akilzhanova A. Development of the Kazakhstan Y-chromosome haplotype reference database: analysis of 27 Y-STR in Kazakh population. Int J Legal Med. 2019 Jul;133(4):1029-1032. doi: 10.1007/s00414-018-1859-8
13. Zhabagin, M., Balanovska, E., Sabitov, Z., Kuznetsova, M., Agdzhoyan, A., Balaganskaya, O., Chukhryaeva, M., Markina, N., Romanov, A., Skhalyakho, R., Zaporozhchenko, V., Saroyants, L., Dalimova, D., Davletchurin, D., Turdikulova, S., Yusupov, Y., Tazhigulova, I., Akilzhanova, A., Tyler-Smith, C., & Balanovsky, O. (2017). The Connection of the Genetic, Cultural and Geographic Landscapes of Transoxiana. Scientific reports,7(1), 3085. https://doi.org/10.1038/s41598-017-03176-z

Достигнутые результаты

2021 год

На базе Карагандинской академии МВД РК им. Баримбека Бейсенова собрано 1000 фотографий внешности лица и образцы венозной крови участников исследования. Фотография сняты на Nikon D5500 в высоком разрешении. В качестве биологических образцов использовалась венозная кровь объемом 10 мл, которую забирали в вакуумные пробирки с наполнителем К2ЭДТА. Сбор биологических образцов проводился согласно правилам формирования популяционно-генетических биобанков. Образцы крови в данный момент хранятся в морозильнике лаборатории генетики человека Национального центра биотехнологии.

Проведено измерение параметров фенотипа по фотографиям внешности лица и создана база в эксель формате фенотипов внешности лица участников исследования. Фотографии позволили оценить цвет радужной оболочки глаз по трем категориям (карие, смешанные, голубые), которые могут быть применимы к дальнейщей валидации признаков по SNP маркерам HIrisPlex-S системы. Определение цвета волос и кожи по фотографиям требует объективизации и валидации с помощью метода колориметрии.

2022 год

Ведется работа по формированию ДНК биобанка популяции казахов. На данный период выделено ДНК из 450 образцов. Планируется до октября 2022 года выделить не менее 1000 образцов ДНК участников.  Выделение проводиться с помощью набора Wizard® Genomic DNA Purification Kit согласно протоколу производителя Promega. От каждого образца использовали 300 мкл крови. Проводили лизис клеток, затем ферментативное разрушение белков протеиназами, с  последующим центрифугированием для удаления денатурированных белков и фрагментов клеточных органел. Затем ДНК осаждали из раствора этанолом и после центрифугированием растворяли осадок в буферном растворе. Произведено качественное и количественное измерение концентрации ДНК методами спектрофотометрии (NanoDrop 2000) и флуориметрии (Qubit 2.0) соответственно. В среднем в нашей выборке из 450 образцов, конецентрация ДНК составила 119 нг/мкл, с наибольшим значением 378 нг/мкл и наименьшим 51 нг/мкл. Качество ДНК соответствует значениям поглащения 260нм/230нм около 1.75-1.85.

Далее проведено биобанкирование ДНК образцов. Выделенная ДНК распределяется по коллекциям с разной концентрацией – от оптимальной для полногеномного секвенирования до оптимальной для криминалистических наборов генотипирования.  Первая – “коллекционная ДНК” – содержит высококонцентрированную ДНК, хранится при температуре -80°C и предназначена для использования в долгосрочной перспективе. Вторая коллекция – “рабочей  ДНК”  –  с  концентрацией   около 30 нг/мкл хранится при температуре -40°C и предназначена для генотипирования разных типов маркеров в среднесрочной перспективе. Четвертый тип коллекций – “нормализованная ДНК” – с концентрацией 2 нг/мкл, подобранной для анализа SNP маркеров методом Taqman и STR маркеров коммерческими наборами, предназначена для текущих исследований.

В результате всего ДНК Биобанк содержит 450 образцов коллекционной ДНК, рабочей ДНК и нормализованной ДНК. Последняя готовиться на дальнейщее генотипирование на чипах по маркерам HIrisPlex-S — вариабельности цвета кожи, волос и радужной оболочки глаз.