Трагедия семьи последнего императора России: генетический анализ

В 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер впервые открыл ДНК. Сначала новое вещество он назвал нуклеином, а позже, когда понял, что оно обладает кислотными свойствами, — нуклеиновой кислотой. Сейчас известно, что эта небольшая молекула хранит в себе биологическую информацию — генетический код, состоящий из последовательности нуклеотидов. 

Сходства и отличия

Впервые структуру ДНК удалось описать британским ученым Джеймсу Уотсону и Фрэнсису Крику в 1953 году, что дало большой толчок развитию генетики. Спустя 30 лет их соотечественник Алек Джеффрис выявил повторяющиеся участки ДНК, которые назвал минисателлитами, по структуре которых существуют высокие различия между людьми, что дает возможность использовать их для индивидуальных идентификаций.

В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах Изображение: © Public Domain

У нас в стране в независимом исследовании ученый Евгений Рогаев выявил другие гипервариабельные (или сверхизменчивые) элементы дезоксирибонуклеиновой кислоты. И уже в 1986 году стал использовать ДНК-анализ для идентификации и определения родства. В дальнейшем были найдены многие маркеры и разработаны стандарты для применения ДНК в криминалистике. В итоге такой метод идентификации стали использовать в судебно-медицинской экспертизе для раскрытия преступлений или установления родства. В частности, в лаборатории Евгения Рогаева обучались сотрудники Центра криминалистики МВД. 

Евгений Рогаев возглавляет Научный центр генетики и наук о жизни в Университете «Сириус» Фото: © Пресс-служба «Сириуса»

«Когда я начинал работать в криминалистической области, считалось, что ДНК достаточно плохо сохраняется в любых биологических объектах, в том числе в крови, — рассказывает Евгений Рогаев. — На первых этапах ее пробовали извлекать из пятен крови, слюны, спермы и др. Позже довольно неожиданным стало то, что геном можно получить даже из костей. К тому же в них он хорошо сохраняется, потому что в какой-то степени защищен от воздействия внешних факторов. Если раньше традиционным источником выделения ДНК считались зубы, то сейчас мы понимаем, что в целом плотные костные фрагменты хорошо подходят для анализа древних ДНК, и там мало микробного загрязнения. Например, это могут быть височные доли, слуховые кости, объекты из камней или улитки».

Евгений Рогаев — доктор биологических наук, заведующий лабораторией эволюционной геномики Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН, директор Центра генетики и наук о жизни, руководитель направления «Генетика» Университета «Сириус». 

В 1983 году окончил кафедру генетики и селекции биологического факультета МГУ. С 1992 по 1995 год был приглашенным ученым и профессором в University of Toronto. Там сыграл ведущую роль в определении генов, отвечающих за болезнь Альцгеймера. Также благодаря исследованиям Рогаева был выявлен локус гена, ответственного за развитие врожденной катаракты. А во время исследований ДНК народов Поволжья он и его коллеги определили ген, виновный в облысении, что в дальнейшем помогло в разработке лекарств против этой патологии. В начале 1990-х годов Евгений Рогаев стал приглашенным экспертом при комиссии по идентификации останков семьи Романовых. Команда ученого уже несколько лет работает над проектами, которые в том числе инициирует Следственный комитет России.

Евгений Рогаев читает лекцию об исторической ДНК на III Конгрессе молодых ученых в Университете «Сириус» Фото: © Алексей Никольский / Фотохост Конгресса молодых ученых

Есть несколько способов генетической идентификации. Один из них — найти в ДНК отличия по одиночным нуклеотидам («буквам»). Это касается как конкретных индивидов, так и целых народов. Например, двое неродственных людей отличаются друг от друга в соотношении 1/1000 нуклеотидов, то есть на 0,1 %. Значит, если геном одного человека — это больше 3 млрд нуклеотидов, то между неродственными индивидами существуют миллионы генетических различий.

Другой способ — найти тандемные повторы. Это одинаковые короткие последовательности ДНК, появляющиеся в разных участках генома. Люди отличаются друг от друга по числу копий таких повторов в разных участках хромосом. Всего у человека 46 хромосом (23 пары) — поровну от каждого родителя. Участки генома с такими вариабельными повторами встречаются на разных хромосомах, в том числе и Y- хромосомы. Y-хромосома есть только у сильного пола и передается от отца к сыну, предопределяя развитие плода по мужскому типу. В ее последовательности имеются повторяющиеся нуклеотиды. У чужих друг другу людей длина таких совпадающих фрагментов будет разной, поэтому Y-хромосома — идеальный объект для исследования родства по мужской линии.

Царская семья

Именно метод тандемных повторов использовала команда Евгения Рогаева, идентифицируя останки представителей семьи Романовых: цесаревича Алексея, Николая II, Александра III и Александра II. 

В ночь с 16 на 17 июля 1918 года в доме Ипатьева в Екатеринбурге по решению областного Совета рабочих, крестьянских и солдатских депутатов были расстреляны Николай Романов, его супруга Александра Федоровна, их дочери Ольга, Татьяна, Мария, Анастасия, сын Алексей и несколько приближенных людей.

Царская семья (слева направо): великая княжна Ольга, великая княжна Мария, император Николай Александрович, императрица Александра Федоровна, великая княжна Анастасия, цесаревич Алексей, великая княжна Татьяна Фото: Public domain (черно-белое изображение раскрашено KLIMBIM)

В 1991 году большая часть останков была обнаружена в окрестностях уральской столицы, в 2007-м найдены оставшиеся — царевича Алексея и княжны Марии. ДНК-анализ костей по Y-хромосоме показал, что все они принадлежат заявленным личностям. Подтвердилось и родство между ними.

Как стать палеогенетиком?

Палеогенетика — это область науки, которая занимается исследованием древней ДНК. Она находится на стыке молекулярной генетики и археологии. Дает понимание о том, как происходило расселение людей, а также как климат и инфекции влияют на них. Она зародилась менее полувека назад и, как недавно подчеркнул Владимир Путин, очень важна, поскольку дает возможность осознать, кто мы и откуда. 

В Университете «Сириус» для студентов и молодых ученых, интересующихся этой областью, открыты программы высшего образования по магистратуре и аспирантуре. Прием документов и вступительные испытания — в онлайн-формате. Студенты с первых дней в Университете становятся частью ключевых научных проектов направления «Генетика» и ведут исследования под наставничеством известных ученых. Руководит направлением и образовательными программами по генетике Евгений Рогаев.

«Исследования можно отнести к области исторической генетики. Студентам нужно будет вникать в историю народов и культур, а также в молекулярно-генетические методы», — отметил он.

Лаборатории Университета «Сириус» оснащены инновационным оборудованием, которое помогает проводить исследования в области молекулярной биологии и генетики Фото: © Алёна Енченко / Пресс-служба «Сириуса»

Другой метод, который используют ученые как в криминалистике, так и в исторической генетике, — анализ митохондриальной ДНК (мтДНК). Это короткая двухцепочечная кольцевая молекула (около 16 тыс. нуклеотидов), которая содержит 37 генов. Такой небольшой набор передается только по материнской линии, а его мутации могут привести к тяжелым наследственным заболеваниям, например к нейропатии зрительного нерва Лебера или к синдрому Ли. Рогаев и его команда разработали подходы для выделения и анализа всей митохондриальной ДНК и провели идентификацию предполагаемых останков семьи Романовых, сравнивая последовательности этой ДНК с дальними родственниками по материнской линии.

Гемофилия цесаревича

Цесаревич Алексей Фото: © Public Domain (черно-белое изображение раскрашено KLIMBIM)

Известно, что у наследника последнего российского императора было врожденное заболевание, связанное со свертываемостью крови. Предполагалось, что это гемофилия, и команде Евгения Рогаева предстояло это выяснить.

Известно, что двоюродный брат Алексея Николаевича германский принц Вальдемар Вильгельм Людвиг страдал от такой же патологии. Он прожил 56 лет и умер без нужного лечения в финальные дни Второй мировой войны. Это был последний родственник Романовых с гемофилией, так что искать мутировавший ген ученые решили по женской линии. Болезнь развивалась только у мужчин, но женщины были ее носителями.

Сначала команда удостоверилась, что найденные останки действительно принадлежат Александре Федоровне. Митохондриальная ДНК из останков оказалась идентична ныне живущим потомкам двух ветвей по женской линии королевы Виктории. 

Александра Федоровна и ее бабушка королева Виктория Фото: © Public Domain

«Затем мы получили обескураживающий результат: в гене, который, как предполагалось, ответственен за гемофилию, никакой мутации обнаружено не было. Тогда попробовали найти ее в другом, где могли быть более редкие формы гемофилии. Так мы выявили некую мутацию в некодирующей области гена, которая могла бы вызывать патологию», — объясняет Евгений Рогаев.

Аналогичный «сломанный» ген был обнаружен и у цесаревича. Он страдал гемофилией типа B — это заболевание также известно как болезнь Кристмаса. Потом исследователи протестировали генотипы дочерей Николая II и Александры Федоровны: Ольги, Татьяны, Марии и Анастасии. Оказалось, что последняя, самая младшая, тоже была носителем мутации, а вот старшие — нет.

Гемофилия была трагедией царской семьи. Двух старших девочек из-за нее так и не выдали замуж. Предполагается, что представители королевских домов Европы опасались передачи болезни потомкам.

Родственники царицы Александры по материнской линии, для которых проведен анализ митохондриальной ДНК. Красным полукругом отмечены женщины — носители гемофилии, красными квадратами — мужчины, страдавшие этим заболеванием Изображение: © Презентация Евгения Рогаева

Вообще, «королевская болезнь» крови была распространенным явлением в монарших домах Европы, в какой-то степени определившим ход истории. Современные исследования показали, что в семье последнего русского императора гемофилия появилась из-за королевы Виктории. Браки ее девяти детей с представителями многих именитых династий надолго укрепили родственные связи между правителями стран Старого Света. Англичанку даже называли Бабушкой Европы. При этом младший сын Виктории — Леопольд — болел гемофилией, и две из пяти ее дочерей были носителями мутации. Младшая — Беатриса — принесла болезнь в испанскую королевскую семью. Она вышла замуж за принца Генриха Баттенберга, родила четверых детей, младшие из которых были гемофиликами и рано умерли. Другие скончались позже, но тоже из-за болезни: лорд Леопольд Маунтбэттен — во время несложной операции на колене, а Мориц Баттенберг — от легкой раны во время Первой мировой войны. Все это в дальнейшем повлияло на потерю семьей испанского трона.

Поэтому, когда Николай обручился с Александрой, шансы на рождение здорового ребенка были велики, но к несчастью, царевичу Алексею досталась Х-хромосома, несущая мутантный ген. В момент зачатия Алексея в ход был запущен механизм, приведший к трагическим последствиям для многих жителей Российской империи. Ведь при больном наследнике царская власть потеряла свою силу и приблизила ко двору таких мрачных персонажей, как Григорий Распутин. А потом история пошла так, как мы знаем...