生物技术在法医学中的应用.doc

DNA 分析技术在法医学中的应用分析技术在法医学中的应用阎振鑫 S111666(四川大学生命科学学院细胞生物学）摘 要：DNA 分析技术在应用于法医学中使法医物证鉴定深入到 DNA 分子水平本文主要介绍了 STR 分析技术、miniSTR 技术、线粒体 DNA 序列分析技术和 SNP 技术等的 DNA 分 析技术这些技术对现代法医学产生了巨大的影响关键词：DNA 分析 法医学 物证 20 世纪 80 年代中期，DNA 分析技术开始应用于法医鉴定，使法医物证鉴定从蛋白质、 激素水平深入到 DNA 分子水平近十年来，法医 DNA 技术经历多位点 DNA 指纹图技术、扩 增片段长度多态性分析技术(AMPFLP)、线粒体 DNA(mt DNA)测序技术三大技术革命目前已 发展到以荧光标记多基因座 STR 复合扩增检测技术与线粒体 DNA(rot DNA)测序技术 miniSTR 技术、SNP 技术为主导分析技术的阶段当前物证 DNA 分析所采用的主要技术方法包括： STR(short tandem repeat)分析技术、miniSTR 技术、线粒体 DNA 序列分析技术、SNP 技术和以 PCR 技术为基础的其他 DNA 分析方法。

1 STR 分析技术分析技术广泛存在于真核生物基因组中的短串联重复序列(short tandem repeat STR)，具有高度的多 态性STR 也叫做微卫(Micro satellite)DNASTR 用于法医学检测，具有以下优点：不需要杂 交，只要设计出 STR 两侧 DNA 引物对待侧样本 DNA 进行简单的 PCR，即可根据电泳谱带认 定或排除罪犯；由于 STR 广泛分布于整个基因组，可分析部分降解的 DNA；STR 序列较短， 各位点 STR 扩增条件相差不大，可对几个 STR 位点进行同步扩增，即 STR-PCR 复合扩增技 术，以省时、节约检材、提高识别概率[1]作为新一代遗传标记，STR 以其独特的优势保存下 来，使分子生物学方面的研究发生了翻天覆地的变化人类基因组 STR 是由几个碱基对作为 核心单位串联重复形成 DNA 序列于重复单位及其重复次数不同，使其在不同种族、不同人 群之间的分布具有很大的差异性，构成了 STR 的遗传多态性据估计，人类基因组中存在着 20 万个左右的 STR 基因座[2]随着 STR 基因座发现的数量迅速增加，STR 多基因座复合扩增 技术的逐步成熟，多色荧光标记技术的发展，由美国 FBI 认可的 13 个 CODIS 基因座组成的试 剂合的推广应用，相应的检测多色荧光的遗传分析仪的推出，使得同时检测 13 个或更多的 STR 基因座的分析技术迅速在全世界许多地区和机构得到广泛应用。

STR 技术的广泛普及使 得亲自鉴定变得更为普遍种分析技术一次实验的个体识别力可以达到 1x10－17 ，其效力已经 可以和“DNA 指纹比美同时，由于此技术是在机器上进行的，减少了人为误差，减轻了劳动 强度，世界上各个实验室的结果可以进行比较、交流，促进了实验室工作的规范和标准化后 来，又有 16 个 STR 基因座的分型试剂合商品化，进一步提高了个体识别力，使检验得到的结 论更加完善和可靠因此，目前全世界各个国家和地区几乎都在使用 STR 分型技术进行亲子 鉴定和 DNA 的个体识别工作不同人种的 STR 基因座的人群数据库也在迅速积累遗憾的是， 在用 STR 分型分型技术时，国际上至今尚未有一套大家认可的判断标准来指导亲子鉴定2 miniSTR 分析技术分析技术在法医 DNA 检验中，STR 技术已经广泛用于个人识别和亲权鉴定方面但是，对于法医 学中一些微量以及降解的检材，STR 技术并不能成功地得出结论，经常会出现“优势扩增”或 者“无效扩增”[3]，这就给正确的 DNA 分型带来困难为了解决这个问题而产生的一种新的 STR 分型技术，就是在设计引物时，使其结合在更靠近核心重复序列的侧翼序列，PCR 扩增 的产物就会比 STR 基因座更短一些，这就是 miniSTR(mini—short tandem repeat)技术[4]。

3 SNP 技术技术SNP 是 single nucleotide polymorphism 的缩写，是指在基因组上单个核苷酸的变异，形成 的遗传标记，其数量很多，多态性丰富SNP 包括置换、颠换、缺失和插入SNP 在基因组 中分布相当广泛，近来的研究表明在人类基因组中每 300 碱基对就出现一次大量存在的 SNP 位点，使人们有机会发现与各种疾病，包括肿瘤相关的基因组突变；从实验操作来看，通过 SNP 发现疾病相关基因突变要比通过家系来得容易；有些 SNP 并不直接导致疾病基因的表达， 但由于它与某些疾病基因相邻，而成为重要的标记SNP 在基础研究中也发挥了巨大的作用， 近年来对 Y 染色体 SNP 的分析，使得在人类进化、人类种群的演化和迁徙领域取得了一系列 重要成果 另外，SNP 在法医学中的应用也非常广泛，SNP 用于法医学主要有 3 方面优势： ①低突变率，稳定遗传，有利于个体识别和亲权鉴定；②双等位基因变化，可用高通量的方 法自动分型，易于建立“罪犯 DNA 数据库”；③Y 染色体 SNP 较敏感，可用于种族起源预测和 男性鉴定SNPs 适用于降解、陈旧及无核 DNA(毛发、骨骼、牙齿)的法医生物检材，常用于 巨大灾难事故中残骸及千年古尸等高度腐败检材身源鉴定[5,6]。

SNPs 为二等位基因遗传，多态 信息量不高，要达到与 STR 相同的个体识别力通常要扩增几十个位点[7]，但由于 mtDNA 的 独有抗降解特性，SNPs 常用于线粒体非编码区 DNA 分析然而，非编码区信息量少，近年编 码区多态信息的研究逐渐增加，将有望提高 mtDNA 的个体识别力[8]4 粒体粒体 DNA 分析技术分析技术自 20 世纪 60 年代，Nass M 和 Nass S 首次用电子显微镜观察到线粒体内细丝状的 DNA，1981 年 Anderson 等人完成了 mtDNA 全部序列的测定[9]，并研究了其基因组的组成、 组织方式及所编码的基因由于线粒体基因组具有不同于核基因组的许多特点，在法庭科学和 群体遗传学等领域受到了广泛的重视 4.1 mtDNA 的结构特征 人类 mtDNA 是细胞核外唯一存在的 DNA，它由 16569 个碱基对组 成共价闭合双链环状 DNA 分子，分为编码区和非编码区编码区共 37 个基因、编码 22 个 tRNA、两个 rRNA 和 13 条多肽；非编码区也叫控制区(control region，CR)，由 1122bp(16024- 16569nt 及 l-576nt)组成，主要存在于氮戊氨酸(tRNApro)和苯基丙氨酸(tRNAphe)之间的 tRNA 基因[9]，包括一个复制起点、两个转录起点及置换环(displacement loop region-D 环区)。

4.2 mtDNA 的多态性研究 mtDNA 多态性的研究始于限制性酶切图(Restriction Enzyme Map)， 早在 1987 年就发现人类 mtDNA 序列与核 DNA 一样存在个体差异人们首先是运用 RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)对 mtDNA 多态性做了大量实验，发现编码区 和非编码区由于碱基发生了替换或插入或缺失片断，产生或消除了一些酶切位点，而表现出长 度多态性 4.3 mtDNA 的法医学应用特点 对 mtDNA 序列的检验是对碱基排列顺序进行鉴别，与以往对DNA 片段进行分析相比向精细差异方向前进了一步，在法医学应用上 mtDNA 有着 nDNA 无 法比拟的优点：(1)准确性由于其单一的基因型，对 mtDNA 进行序列分析，可以避免对核 DNA 测序时遇到两条姐妹染色体为杂合子时的相互干扰，能够得到每一碱基位点的确切碱基 也避免了 DNA 指纹图检验中可能出现的谱带漂移现象和 PCR 扩增检验中带纹可能丢失的现象； (2)灵敏性单一的人类细胞中含有成千上万的 mtDNA 拷贝，每个细胞中有 1000～10000 个拷 贝，与 nDNA 相比易于检测，又结合了 PCR 技术，更提高了它的检出率[10]。

3)高排除率 mtDNA 的检验是针对碱基突变的检验，它的突变率是 nDNA 的 10~100 倍4)可对毛干、指 甲进行检验在毛干、指甲等常见角质化生物检材中，已无细胞形态，无法用 nDNA 检验技 术进行检验，而从毛干、指甲中可以分离出 mtDNA 碎片用于测序5)对样本质量要求不高， 如变性坏死的组织、毛发、骨、血斑、甚至从古残迹所取的样本均可据报道，样本保存年限 长至 13000 年亦可测出；(6)mtDNA 为单倍体，减少了译读 DNA 序列的复杂度；(7)mtDNA 为 母系遗传，同一母系群体间的 mtDNA 顺序均相同，故可用其做身源鉴定和同一认定；(8) mtDNA 序列不仅存在个体差异而且还存在种族差异[11]，可用于鉴定个体的种族来源问题随着 mtDNA 理论和研究技术的进一步发展，mtDNA 被越来越多地被运用到法医实践和 理论研究中应当进一步对 mtDNA 遗传规律作深入地研究，对其作为分子标记的可靠性做深 层次的探讨同时，应当建立 mtDNA 数据库 随着科学技术的突飞猛进，各种新兴技术向医学领域渗透，开拓了新的学术领域，展示了 广阔的前景近几年来，物证技术研究的进展日新月异，随着分子生物学技术不断完善，随着 基因组研究向物证技术学科的不断渗透，使得这一学科的进展达到了前所未有的高度。

参考文献：[1] 赵志文. DNA 分析技术在法医学中的应用[J]. 实用医技杂志. 2007. 14: 2588-2590. [2] Collete D,Sabine F, ceclle F, et al. a comprehensive genetic map of the human genome based on 5264 microsatellites. Nature, 1996, 380(14): 152～154. [3] Whitaker JP, Clayton TM, Urquhart AJ, et al. Short tandem repeat typing of bodies from a mass disaster: high success rate and characteristic amplification patterns in highly degraded samples[J]. Bio Techniques，1995, 18(4)：670—677． [4] Budsaba R, Tawat R, Jeattima, et a1. Thai population data on 15 tetrameric STR loci- D8S1179, D21S11, D7S820, CSFlPO, D3S1358, TH01, D13S317, D16S539, D2S1338, D19S433, vWA, TPOX, D18S51, D5S818 and FGA[J]. Forensic Science International, 2006,158: 234—237. [5] Bouakaze C, Keyser C. First successful assay of Y-SNP typing by SNaPshot minisequencing on ancient DNA [J]. Amory SInt J Legal Med, 2007, 121(6): 493-499. [6] Sanchez JJ, Endicott P. Developing multiplexed SNP 。