DNA分析

DNA分析技术在法医学中的应用

[关键词]脱氧核糖核酸；分析技术；法医

脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)分析应用于法医学鉴定是近十几年来的事，是将分子生物学方法应用于法医学领域，对案件所涉及的生物检材的DNA进行分型，达到个人识别或亲子鉴定的目的。世界上有120多个国家和地区已应用DNA分析技术办案，解决刑事案件、民事纠纷问题，以及追查尸体身源，包括战争及大型灾难中罹难者的个人识别等，个人同一认定接近100％。

1法医DNA分析技术的理论基础

DNA主要是由四种碱基腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶c组成，是存在于细胞中的遗传物质。遗传物质一DNA包含了任一机体发育和功能所必需的全部信息。人类DNA含有3．2×109个碱基对，其中约99．9％的DNA序列是相同的，另外的0．1％在个体之间有差异(除同卵双生外)。个体之间的DNA差异有的在个人特征如眼睛、发色和肤色中表现出来，更多的是不表现在个人的生理外观特征上，必须用实验室的特殊技术才能被测定出来。最早用于法医检验的DNA技术一限制片段长度多态性检验(RFLP)被人们通俗形象地称为DNA指纹技术。DNA 指纹技术引入到法医物证鉴定后，由于DNA指纹的高度个体特异性，同一个体不同组织之间的一致性和遗传稳定性，使个体同一认定成为现实。之后，建立的STR．PCR技术、线粒体DNA 分析等技术，能够进一步提高个体识别概率，并且节约检时、节省生物检材。每个人细胞核的DNA都分别来自父母双方，因此可以通过父·母一子的三联体DNA检验进行亲子鉴定。细胞中线粒体DNA由于存在于细胞质中，是母系遗传，故可以利用线粒体DNA分析做母系单亲子鉴定、家系分析等。

2法医DNA分析的主要方法

2．1 DNA指纹技术

1980年从人类DNA文库中发现的一种可变串联重复序列(variable number oflandem repeat，VNTR)，又名小卫星DNA。之后，人们相继发现了一些与之类似的可变区。基因组上存在着多位点的VNTR。VNTR主要分布于基因组的非编码区，尤以染色体端粒部位居多。VNTR内的“核心序列”(重复单元)长10-70bp。不同个体基因组上同一VNTR位点的核心序列相同，但重复次数相差悬殊。故不同个体间同一位点VNTR区的DNA片断长度变化较大，在群体中呈多态性，即VNTR长度片断多态性。因此，这些多位点的VNTR长度片断多态性就为法医学中的个体识别提供了有利证据。

1985年，英国科学家Jeffreys等利用制备的VNTR“核心序列”探针DNA与限制酶酶切的人类DNA进行Soutllem印迹杂交，获得个体特异的DNA指纹图谱(DNA fingerprint)，又叫DNA指纹技术。Jeffreys等首次用该技术与一起移民的侵权鉴定案，肯定了血缘关系，给法医学带来了一场技术革命。

DNA指纹技术的基本原理是：利用VNTR序列中无切点的限制性内切酶如HinfI，酶切基因组DNA 后，形成长短不等的许多DNA片段。电泳分开不同大小的DNA片段，用，VNTR核心序列作为标记探针进行SoutlIem印迹杂交，不同个体出现一系列不同的杂交带型，从而做出个体识别或指正确认罪犯。Jeffreys等研究了20名有关自人的DNA指纹，如果用一种核心序列作为标记探针进行Southern印迹杂交，两个人出现完全相同带型的可能性是3×1041；如果用两种核

心序列作探针，则两个人出现完全相同带型的可能性低于5 x 10。19。目前世界人口约5×109，因此，除同卵双生外，没有两个人的杂交带型会是完全相同的，正如每个人的指纹一样，达到了完全个体特异的水平。

2．2 STR分型检验

STR是短串联重复序列(short tandemrepeat)的简称，又称微卫星DNA。STR是由2-10bp重复单元组成的短串联重复序列。片段长100 bp一500 bp。STR广泛分布于人类基因组。据估计，人类基因组每20 bp就有一个3bp或4 bp串联重复序列的STR位点。Edwards等人研究发现，约50％STR位点具有高度多态性。这些高度多态性的STR为法医个体识别提供了又一有利证据。STR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。STR—PCR复合扩增的方法，是将多个STR位点的引物加入同一反应体系，固定DNTP、M92+浓度，恒定循环温度和循环次数，调节各引物浓度进行同步扩增。STR．PCR复合扩增技术的建立大大提高了STR 系统的个人鉴别概率。1998年Lins AM等对12个STR位点进行复合扩增，个人匹配概(Pm)<3．3×10。2，超过了Jeffreys报道的单个多位点探针得到的DNA指纹3×1041的匹配概率。目前已发展到有13个STR位点的复合扩增。

2．3线粒体DNA分析

线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)是真核生物细胞核外的遗传物质。与核DNA相比，mtDNA的主要特点是存在于细胞质中，其遗传方式为母系遗传；mtDNA中基因排列紧密。人mtDNA全长16 569 bp，只有一个长1 000 bp的非编码序列；一个细胞一般含有数百个线粒体，而每个线粒体则含有2个一10个mtDNA拷贝。一个细胞可达几千个mtDNA拷贝。因此，mtDNA 分析的灵敏度要比DNA高的多。不同个体mtDNA非编码区D环附近序列存在着明显差异。用PCR 扩增、测序，可进行个人识别。而且mtDNA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，对样本需求量仅需pg水平的量。由于mtDNA呈母系遗传，兄弟姐妹间的mtDNA顺序均相同，故可用于做身源鉴定和同一认定，尤其在父母无法提供物证的情况下，运用mtDNA做个人识别非常成功。mtDNA序列不仅存在个体差异，而且尚发现有种族差异，故也可以用于鉴定个体的种族来源问题。总之，由于线粒体母系遗传方式以及一系列特有的生物学特征，使其在法医学领域有一定的价值。

3法医DNA分析的应用

目前全世界有120多个国家和地区应用DNA技术办案，每年有数以万计的DNA证据被法庭采用。DNA技术已成为与犯罪分子作斗争和解决亲权争议非常重要的工具。我国自1987年开始进行法医DNA分析研究，目前公安部物证鉴定中心、各省市及部分地区刑科所等单位均成功的运用DNA分析技术，在实际办案中取得了很大的成果。法医DNA分析特别是STR-PCR技术越来越受到重视。

3．1凶杀案

凶杀现场留下的血迹、毛发、指甲、牙齿、肌肉组织或器官、烟头等等检材都能进行DNA技术鉴定，凶杀案件的现场错综复杂，无论物证残留在何种载体(刀具、衣物、纸张、木头、泥土、水泥地、岩石、树叶等等)上，只要现场勘察人员仔细认真地将样品完整采集，都能运用PCR方法进行检测，通过检测计算出现场物证在种族人群中的偶合概率，如果达到就可科学准确的表现是可同一认定。即使是混合血迹(或混合精斑)也不再是不可逾越的障碍。案例：1999年5月3日凌晨，在北京市石景山区发生了一起8名女青年被杀的特大凶杀案。从现场提取80余处血迹与8名受害人血液样本，同时进行检验。经多个STR位点检验得出，第一：

现场血迹与8名死者血样的检验结果进行比对，使每一处血斑均确定是何人所留，从而明确案发时每一受害人的活动情况，并绘制出现场血迹分布图，为侦察人员进行现场重建提供了科学根据；第二：现场提取到两种犯罪嫌疑人留下的血迹，一种为穿袜子染血后所留，另一种为现场发现的一双拖鞋所留；同时法医判断8名死者均被两种单刃刀刺死。本案有几名案犯所为是侦察人员偾破此案的关键。对血迹和现场遗留的拖鞋进行检验，发现拖鞋外表面血迹的sm分型结果与拖鞋内膛所染血迹的分型结果不同，且鞋内膛血迹为其中5名死者血迹的混合样本。根据此结果分析，鞋内血迹为同一案犯穿袜行凶后又穿拖鞋所形成，确定现场的袜子足迹和拖鞋足迹为同一案犯所留；第三：现场3处血迹中均检出与8名死者不同的等位基因。据此，判断案犯在作案时曾受伤出血，并鉴定出案犯的基因型，为最终认定罪犯提供了可靠的证据。此案侦破后证实确为一名案犯所为，而且现场的第九种血迹与案犯的基因型相同。DNA技术成功为此案进行现场重建和认定犯罪嫌疑人提供了无可替代的科学依据，为侦查工作指出了正确方向，起到了举足轻重的作用。

3．2强奸及强奸杀人案

在强奸及强奸杀人案现场常常会发现以下物证：残留在衣物、被单、卫生纸或其他物体上的精液斑；混有女性阴道分泌物的混合斑；罪犯的阴毛或毛发、血痕等。DNA分析技术可以根据女性阴道分泌物与男性精子结构上的差异将二者分开，只提取纯精子DNA，而不受阴道分泌物的影响。将现场遗留的混合斑精子DNA分析结果与嫌疑人DNA检验分析结果比较，即使轮奸案，通过对比，也可得到正确结论。案例：2004年10月21日蹬人力三轮车的王某将刚来柳市不久、人生地不熟的重庆籍姑娘小春强奸。强奸后，三轮车夫又抢走了小春随身携带的一只迪比特牌手机而逃离现场。20天后，警方找到重大嫌疑对象，现年29岁的河南人王某，与此同时还在王某身上发现受害人小春的物证。但是面对证据，王某却拒不交待任何案件情节。最后，利用DNA分析技术鉴定王某血样的DNA分型与留在受害人人体内的精斑DNA分型一致，这桩抢劫强奸案才成功告破。

3．3无名尸、碎尸案

在侦破无名尸、碎尸案中，在无法确定尸体身份的时候，运用DNA技术可以解决尸源认定难题，还可以确定不同的尸块是否来自同一尸体，不管罪犯运用何种手段进行处理，例如煮熟、焚烧、药物浸泡等，只要不是火化成灰，都能进行检测。案例：1998年12月10日至13日，分别在某市不同的公共汽车、电车上以及胡同里发现装有尸块的编织袋(未发现头部及部分内脏，一时闹得人心慌慌)。为进行串并案，检验人员对上述多数尸块进行了DNA分析，认定在不同地点发现的尸块在中国人群中的偶合概率为3．3×1012，为同一个体。根据有人报告谷某某失踪要求与上述尸块进行比对，为寻找尸源提取了谷某某妹妹、夫人及女儿的血液进行DNA分析。经STR检验和mtDNA序列分析，碎尸为谷某某女儿生物学父亲的概率为99．995％；线粒体DNA为母系遗传，碎尸与谷某某妹妹的序列变异碱基及位置相同，证实碎尸尸源确实为失踪人员谷某某。正是尸源的确定使案件出现转机，为侦察提供了方向，为最终破获此案奠定了基础。有些无名尸骨案件特别是失踪多年后找寻到的尸骨，在尸骨保存比较完整，年限不超过20 a的情况下，同样可以进行鉴定，确定尸骨的确切身份。

3．4亲子鉴定案

一些离婚案件的民事诉讼中，双方当事人因孩子是否为亲生产生异议，导致抚养权或抚养费等问题的争执，长期离散的子女长大后，或是医院发生婴儿错抱，移民事件或户籍售理、海外或港澳台同胞寻亲等情况，需要确认亲缘关系，进行DNA鉴定是最准确的办法。

目前国内正逐渐把DNA检验、数据库、互联网三项技术相结合，建立国家数据库，可实现全国范围内联网和查询，能大大提高效率和节省时间。

3．5其他方面的应用

法医DNA分析技术除了可对人类进行DNA分析外，还可对宠物、家畜、野生动物等进行种属鉴

定、个体识别及亲权关系鉴定，用于动物鉴定的DNA技术主要有线粒体DNA的测序分析、PAPD 分析和STR等分析。狗和猫是人类生活中接触最多的动物。狗可能作为进攻人的肇事者而受到检验，在犯罪分子身上或物品上发现有狗的毛，意欲通过检验这些狗毛和可疑狗的毛来判定他们的相关性。案例：一名妇女被谋杀，在尸体旁发现几根狗毛。过了没多久，又发现一名妇女被谋杀，同样的在尸体旁发现数根狗毛。作案方式相似，都在现场留下形态上相似的狗毛，认为此两案为同一人所为。线粒体分析表明二个现场的狗毛序列相同，均为变异体8，是非常少见的基因型，采集7个嫌疑人家的狗毛，进行线粒体DNA分析，它们的型分别为1、3、4、5、5、5、5型，表明现场的狗毛与它们的不同。更为重要的是，现场发现的狗毛基因型只在目前3个狗种中发现，缩小了现场遗留狗毛的狗范围。

此外，犯罪分子在作案过程中必然会无意间使自己身上、衣物、鞋袜、作案工具或交通工具携带有犯罪现场的周围环境中的物体，如泥土、植物的叶片、花瓣、种子、花粉及果实或果汁等，或者尸体身上沾有这些物质。对这些物质进行分析，判定犯罪嫌疑人是否去过案件现场，或者确定第一犯罪现场的位置，常常对一些案件的侦破具有重要作用。在实际案件中，犯罪分子身上或尸体上附着的植物或泥土样品条件很差，凭借普通分类学可能无法确认、区分它们，因此对这些植物和泥土样品的检验与利用较少。随着分子生物学技术的发展，可以应用DNA技术对这些样品进行分析、检验，确定它们的种类与周围环境的相似性。