Vědci rekonstruují obličeje z DNA

Analýza DNA dokáže určit, zda je osoba pachatelem, pokud se její údaje nacházejí v databázi. Čínští vědci nyní pokročili ještě dál a dokážou z DNA vytvořit trojrozměrný portrét pro účely pátrání. I anonymizované genetické údaje tak mohou znovu získat tvář a být přiřazeny ke konkrétní osobě.

Ještě na začátku 20. století bylo možné pachatele usvědčit pouze tehdy, pokud jejich nezákonné jednání viděli svědci. To se zásadně změnilo s výzkumem lidských genů a DNA.

V roce 1985 se britskému biochemikovi siru Aleku Johnu Jeffreysovi podařilo vyvinout DNA test, díky němuž mohli být viníci od té doby usvědčeni pouhým odebráním vzorku krve, vlasu nebo slin. Již po dvou letech byl test natolik spolehlivý, že poprvé vedl k dopadení vraha, zatímco zároveň byli propuštěni neprávem odsouzení lidé.

Tento postup je však možný jen tehdy, pokud je k dispozici srovnávací vzorek DNA pachatele – ať už čerstvě odebraný, nebo uložený v databázi. Pokud takový vzorek chybí, zůstávají vyšetřovatelé dál bezradní.

Změnit by to mohl vynález čínských vědců. Jimi vyvinutý model s názvem „Difface“ dokáže na základě samotné DNA zrekonstruovat trojrozměrný obraz obličeje, a tak dát tvář dosud neznámým pachatelům. To by následně mohlo umožnit jejich vypátrání pomocí databází portrétů a záběrů z bezpečnostních kamer.

Do DNA zakódovaný obličej

Také u nově vyvinutého modelu je klíčem k úspěchu DNA. Deoxyribonukleová kyselina je dlouhý řetězec chemických sloučenin, který nese naši genetickou informaci.

Přibližně 99,9 procenta lidské DNA je u celé populace totožné. V oněch zbývajících 0,1 procenta jsou zakódovány osobní znaky, které se u jednotlivých lidí liší – například barva vlasů a očí. Obsahuje však také výrazné morfologické rysy. Pro forenzní experty jsou obzvlášť důležité specifické znaky obličeje: nos, oči a ústa.

V minulosti pomohly identikity – tedy rekonstrukce obličeje pachatele na základě výpovědí svědků – k dopadení mnoha zločinců. Díky systému Difface však Mingqi Jiao a jeho kolegové z Čínské akademie věd už žádné svědky nepotřebují – postačí jim pouze vzorek DNA z místa činu.

V předchozích projektech se vědci po celém světě snažili najít souvislosti mezi genetickými daty a rysy obličeje. Dosud se však žádnému z těchto pokusů nepodařilo vytvořit plnohodnotnou rekonstrukci obličeje.

Otestováno na Číňanech, použitelné na všechny

Systém Difface to nyní umožňuje i ve velkém měřítku, což jej podle vědců činí vhodným nejen pro forenzní identifikaci, ale také pro personalizovanou medicínu – jak opakovaně uvádějí ve své studii. Model propojuje komplexní genetické informace s viditelnými rysy obličeje. Zohlednit lze i věk, pohlaví a index tělesné hmotnosti, i když tyto faktory zatím nejsou ve výchozím nastavení zahrnuty.

Tým kolem Jiaa nejprve trénoval a testoval Difface na 9 674 vzorcích DNA z čínské databáze Han. Model tak čerpal z velkého, ale relativně homogenního genetického souboru, protože rysy obličeje čínské populace jsou znatelně méně různorodé než například u Evropanů.

Čím více variací existuje, tím vyšší je možná chybovost. Největší rozmanitost se týká lidského nosu – v rámci čínské populace, známé spíše širšími a plochými nosy, bylo zaznamenáno 107 genetických variant. Přesto model podle studie vědců „dosáhl vynikajícího výkonu“ a dokázal „generovat 3D obličejové snímky jednotlivců pouze na základě jejich DNA dat“. Neomezuje se přitom pouze na čínské tváře.

Difface navíc dokázal zobrazit obličej v jakékoli budoucí či minulé věkové fázi a odrážet přirozenou variabilitu lidských rysů. Model byl rovněž schopen rozlišit mezi správnými a nesprávnými rekonstrukcemi, tedy určit, zda genetická data odpovídají konkrétní tváři. Díky tomu Difface překonává všechna dosavadní modelová řešení svou efektivitou, což vědci přisuzují především využití tzv. kontrastního učení během trénování systému.

DNA představuje výzvu pro technologii

Takto přesné detaily jsou však možné jen při dostatečně rozsáhlém a kvalitním souboru dat. Podle výzkumníků s klesající kvalitou a množstvím dat Difface ztrácí schopnost přesně rozpoznávat některé rysy obličeje – jako je tvar nosního profilu, špičky nosu či vzhled lícních kostí.

Když bylo k dispozici už jen zhruba dvě třetiny potřebných datových bodů, „rekonstrukce začaly ztrácet individuální specifika a konvergovaly směrem k obecnějším strukturám obličeje“. Jinými slovy: pokud je dat příliš málo, vypadají všechny rekonstruované tváře víceméně stejně. Vědci k tomu dále uvedli:

„Tyto výsledky otevírají cestu pro budoucí výzkum genetických základů architektury obličeje a nabízejí potenciální cíle pro zkoumání vlivu genetických variací na strukturu obličeje.“

Model Difface by podle svých tvůrců mohl být dále zlepšován zejména v oblasti robustnosti a schopnosti přizpůsobit se různým datovým sadám. V takovém případě by bylo možné jeho nasazení i u jiných populací. Přestože byl model testován na čínské populaci, která se vyznačuje menší variabilitou rysů obličeje, má potenciál naučit se rozpoznávat specifické vztahy mezi DNA a obličejovými znaky také u jiných skupin obyvatelstva.

Do budoucna by měly být zapojeny i další proměnné, jako je věk a index tělesné hmotnosti. Díky tomu by Difface mohl ještě lépe zobrazovat věkem podmíněné změny a vytvářet přesnější rekonstrukce obličejů pro různorodé tělesné typy.

Sbohem, soukromí?

Tato inovace však přináší i etické a právní výzvy – především v souvislosti s genomickou ochranou osobních údajů. Mezi závažná rizika patří potenciální zpětná identifikace jednotlivců, neoprávněné využití dat a složité právní otázky týkající se vlastnictví genetických informací. Kromě forenzního využití totiž může být tento objev aplikován i ve zdravotnictví a pojišťovnictví.

Ve forenzní oblasti sice tato technologie přináší výhody při identifikaci osob na základě genetického materiálu, její nesprávné použití by však mohlo vést k vážným škodám – včetně neoprávněného odsouzení nebo vytváření rasových či etnických profilů. Vzhledem k tomu, že Difface umožňuje předpovídat fyzické znaky z genetických informací, vyjádřili vědci obavy z možného zneužití citlivých osobních údajů a z geneticky podmíněné diskriminace.

V oblasti zdravotnictví a pojišťovnictví navíc hrozí, že genetické informace budou zneužity k diskriminaci osob na základě domnělých zdravotních rizik.

Vědci proto upozorňují na nezbytnost důkladné diskuse mezi ochránci osobních údajů a politickými činiteli, aby bylo možné tuto inovativní technologii sladit s právem na soukromí. Kdy, kde, jak a kým bude model Difface v budoucnu využíván, tak zatím zůstává otevřenou otázkou.

Studie byla zveřejněna 7. května 2025 v odborném časopise Advanced Science.

–etg–