כשבוע לאחר שפוענח מקרה הרצח של ד"ר אלי ללוז ז"ל בדירתו שבצפון תל אביב, הותרו לפרסום שמות החשודות ברצח האכזרי: מדובר בנערות ליווי מאוקראינה ששהו באופן בלתי חוקי בארץ - אנה קורמישנה בת 30 ומרינה טרנסקו בת 25.
יחד עמן נעצרו בני זוגן, גרי שולקין בן ה-47 ואחיו הצעיר דימיטרי בן ה-41, גם הם תושבי אוקראינה ששהו בארץ באופן לא חוקי. הארבעה התגוררו יחד באשדוד, ונעצרו בעקבות פתק שהושאר בזירת הרצח ועליו מספר הטלפון הנייד של אחת החשודות.
איכון שנעשה לטלפון הנייד שברשותה על סמך אותו פתק, הוביל את המשטרה לעצור את הארבעה, שחשודים ברצח ובשוד של הד"ר לכימיה. אחת החשודות הודתה בחקירתה שהייתה במקום בזמן הרצח, ואף קשרה את יתר החשודים לזירה.
מהפרטים שנאספו בידי צוות החקירה המיוחד בראשותו של רפ"ק ניסים דאודי, עולה כי ללוז ז"ל הזמין את אחת היצאניות, שוהה בלתי חוקית בארץ, לבילוי בדירתו שברחוב דיזנגוף בת"א. היצאנית הציעה לו להביא עמה את חברתה.
מספר דקות לאחר שנכנסו לדירה, כך חושדים במשטרה, סיממו השתיים את המדען ולאחר שהכרתו התערפלה - דקרו אותו למוות. לאחר מכן נשארו שתי הבנות בדירה במשך כ-40 דקות, במהלכן שתו לשוכרה וגנבו כ-2,000 שקלים במזומן וכן מסך טלוויזיה.
על פי החשד, לאחר הרצח החליטו הצעירות להעלות באש את הדירה באמצעות אלכוהול. הן פיזרו את החומר הדליק בבית, הציתו אותו ולאחר מכן נמלטו מהמקום במונית, שאותה עדיין מנסה המשטרה לאתר. אחת החשודות, שנעצרה כבר ביום רביעי שעבר, הודתה ברצח ואף שחזרה אותם בפני החוקרים.