法醫(yī)DNA檢驗技術(shù)是過繪制人類DNA圖譜,進行圖譜間比對來實現(xiàn)同一性認(rèn)定。其主要依據(jù)是人類DNA的多態(tài)性,包括序列長度多態(tài)性和堿基序列多態(tài)性兩種。根據(jù)DNA不同可分為常染色體DNA檢測、Y染色體
該技術(shù)是由一系列技術(shù)組合形成的技術(shù)包,如DNA提取技術(shù)、限制性酶切技術(shù)、PCR擴增技術(shù)、熒光標(biāo)記技術(shù)、DNA雜交技術(shù)、凝膠電泳技術(shù)、測序技術(shù)等。隨著這些技術(shù)的發(fā)生發(fā)展,法醫(yī)DNA檢測技術(shù)經(jīng)歷了從基于雜交的DNA指紋圖譜技術(shù)到基于PCR擴增的AFLP、STR檢測技術(shù)和基于測序的線粒體DNA(mtDNA)檢測技術(shù)等重大技術(shù)革新。
法醫(yī)DNA檢測技術(shù)的進步離不開生物化學(xué)、物理學(xué)和遺傳學(xué)的發(fā)展。目前已發(fā)展到以復(fù)合熒光標(biāo)記多重STR檢測、mtDNA檢測技術(shù)和SNP分析為主導(dǎo)的技術(shù)體系。STR檢測又分為常染色體STR檢測、Y染色體STR檢測。這些技術(shù)已經(jīng)成為公安機關(guān)偵查破案的利器,在刑偵辦案、親子關(guān)系確認(rèn)、災(zāi)難受害者身份識別和證實罪犯等方面發(fā)揮著巨大的作用,已經(jīng)成為法醫(yī)物證檢驗的重要組成部分。
DNA指紋技術(shù)
DNA指紋是應(yīng)用最早的一種法醫(yī)DNA技術(shù),屬于限制性片段長度多態(tài)性標(biāo)記(RFLPs),利用特異的限制性內(nèi)切酶將基因組DNA切割成一系列DNA片段,經(jīng)電泳分離后,用特異探針顯色得到DNA條帶。這種技術(shù)操作繁瑣,周期長,并且需要利用放射性同位素或熒光探針或者銀染顯色,所以應(yīng)用局限性較大,并沒有大范圍普及,目前已經(jīng)被淘汰。
AFLP(擴增片段長度多態(tài)性分析)
AFLP分析是基于PCR擴增的法醫(yī)DNA檢測技術(shù),比DNA指紋技術(shù)簡單、多態(tài)性好。根據(jù)基因組中可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列兩端保守序列設(shè)計引物,擴增這種重復(fù)串聯(lián)序列,有著較好的多態(tài)性。但由于有時擴增片段長度差異較大,PCR擴增效率和擴增穩(wěn)定性不夠好,逐漸被STR(短串聯(lián)重復(fù)序列標(biāo)記)取代,可以說是STR檢測技術(shù)的較低版本。
STR檢測技術(shù)
隨著短串聯(lián)重復(fù)序列(STR)的發(fā)現(xiàn),STR技術(shù)很快發(fā)展成為法醫(yī)DNA檢測的重要技術(shù)。由于STR片段長度相對較短,片段的退火溫度較為相似,便于實現(xiàn)多位點多重擴增。STR檢測技術(shù)進一步完善發(fā)展,與熒光標(biāo)記和現(xiàn)代化遺傳分析儀相結(jié)合,實現(xiàn)法醫(yī)DNA檢測的全自動化。STR檢測技術(shù)成為目前法醫(yī)DNA檢測應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。并且當(dāng)前的大型DNA數(shù)據(jù)庫都是采用STR技術(shù)建立起來的,而且數(shù)據(jù)庫規(guī)模還在迅速增長。全自動高通量的STR檢測平臺和覆蓋全面的STR數(shù)據(jù)庫相結(jié)合,使得STR技術(shù)在刑偵辦案中所向披靡,破獲了大量的疑難案件。法醫(yī)DNA檢測技術(shù)于相關(guān)儀器、檢測試劑耗材的同步發(fā)展,將是法醫(yī)學(xué)DNA檢測技術(shù)提供者的兩大任務(wù)。其中Y染色體STR技術(shù)詳見“法醫(yī)Y-DNA檢測技術(shù)科普”板塊。
mtDNA檢測技術(shù)
mtDNA(線粒體DNA)檢測是一種序列堿基多態(tài)性。該技術(shù)對存在于人類細胞的細胞質(zhì)中的線粒體DNA進行多態(tài)性檢測。mt是一條閉合環(huán)狀DNA,在一個生物細胞中存在很多個拷貝,其結(jié)構(gòu)中有高變區(qū)域。無母系親緣關(guān)系的個體間多態(tài)性較好,且存在一些高變區(qū)域。利用高變區(qū)域的序列多態(tài)性,方便進行個體識別。由于人類mtDNA不發(fā)生重組,受精卵形成時線粒體來自母親提供的卵子,所以遵循母系遺傳,適用于母子關(guān)系認(rèn)定。
由于人體的每個細胞中都含有成千上萬個拷貝的mtDNA,相比核DNA只有一個拷貝,mtDNA在檢測上靈敏性更高。其閉環(huán)結(jié)構(gòu),具有抵抗降解的能力??梢詫爬喜牧?、腐敗材料、角化細胞如毛發(fā)和指甲等材料進行分析。由于這些材料中核DNA大部分已經(jīng)降解,mtDNA檢測別具優(yōu)勢。
mtDNA屬于一種堿基多態(tài)性標(biāo)記,如果能借助于現(xiàn)代測序技術(shù)結(jié)合,可以更大的發(fā)揮效用。詳見“mtDNA檢測技術(shù)”板塊。
單核苷酸多態(tài)性性(SNP)分析技術(shù)
SNP是一種序列多態(tài)性,指DNA序列中單個核苷酸變異。由于在同一個堿基位置發(fā)生兩次突變的概率極低,所以SNP標(biāo)記通常有兩種基因型(少數(shù)存在4種基因型),比較便于結(jié)果分析。SNP標(biāo)記分布非常廣泛,數(shù)目眾多,DNA微少的生物檢材料也可以實用。SNP標(biāo)記的檢測既可以通過對目的DNA擴增和測序。微陣列DNA芯片、飛行質(zhì)譜分析和變性高效液相層析法等非電泳分型技術(shù)。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)方法為法醫(yī)DNA檢測分析奠定了堅實的基礎(chǔ)。隨著高通量檢測儀器的發(fā)明,遺傳標(biāo)記數(shù)目和數(shù)據(jù)逐漸完善,數(shù)據(jù)庫信息的深度挖掘和分析,法醫(yī)DNA檢測技術(shù)不斷地進步。
我過法醫(yī)DNA檢測技術(shù)基本與國際同步,早在上世紀(jì)80年代,公安部物證鑒定中心就開始展開DNA指紋技術(shù)的研究并應(yīng)用于辦案,然而由于技術(shù)繁瑣、周期長,沒有實現(xiàn)大范圍的普及。八五期間,發(fā)展了DNA擴增片段長度多態(tài)性標(biāo)記和人類mtDNA測序技術(shù)。
STR技術(shù)局限性 突變率相對較高,SNP則低很多
正在研究的可應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)的遺傳標(biāo)記除SNP以外,還有插入缺失標(biāo)記、Alu重復(fù)序列、DNA甲基化表觀遺傳學(xué)標(biāo)記等。
InDel標(biāo)記同SNP標(biāo)記一樣也是一種二態(tài)性遺傳標(biāo)記,于SNP有著近似的自然突變率,顯著低于STR。兩個等位基因表現(xiàn)為少數(shù)堿基的片段長度多態(tài)性,可利用復(fù)合熒光多重PCR擴增和毛細管電泳分型技術(shù)進行檢測,因而成為法醫(yī)DNA鑒定關(guān)注的熱點。
Alu重復(fù)序列是靈長類動物基因組中的短散在重復(fù)序列家族的一員,是一種比較活躍的遺傳元件。由于包含限制性內(nèi)切酶Alu的沒切位點,所以成為Alu重復(fù)序列。存在于幾乎所有基因的內(nèi)含子中,居于普遍性、多樣性和特異性。
DNA甲基化
是一種重要的表觀遺傳標(biāo)記,可能應(yīng)用于對同卵雙胞胎和連體嬰身份識別,作為目前經(jīng)典遺傳標(biāo)記的有效補充。目前正在研究具有潛在法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值的DNA甲基化位點,有望依據(jù)甲基化的SNP位點進行身份識別。
以上幾種新檢測方法,由于還卻少系統(tǒng)性研究和成熟的應(yīng)用體系,目前僅作為常規(guī)STR檢測技術(shù)的補充檢驗技術(shù),用于彌補STR檢驗中存在的不足。其中SNP和indel標(biāo)記更加適合DNA芯片等高通量檢驗,伴隨著二代和三代測序技術(shù)的迅速發(fā)展及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和體系的建立,其檢驗時間有望大幅縮短,對應(yīng)的檢測設(shè)備將更易于便攜,有望成為法醫(yī)DNA檢測的下一代主流技術(shù)。