作者简介:刘烁(1970—),男,山东人,双学士,公安部物证鉴定中心主任,主要从事公安科技管理研究。Tel:010-66266549
法庭科学DNA检测飞速发展和广泛应用的同时也面临巨大风险,实验室质量保证能力和质量控制手段的不足已开始影响到法庭科学DNA检测的证据地位。本文对国外法庭科学DNA实验室的有关情况进行初步分析,从中发掘有益的启示,为我国法庭科学DNA检测的改革和发展提供借鉴。
With rapid development and wide application, forensic DNA typing has reshaped the field of forensic science and criminal investigation. However, the results produced by DNA laboratories have less confidence as DNA evidence due to lower laboratory quality assurance capacity and inadequate quality control measures. This paper summarizes the overall quality assurance and quality control measures within foreign forensic DNA laboratories, in order to attain pragmatic approaches to optimize the standardization of nationwide DNA identification.
法庭科学DNA检测技术已广泛应用于刑事侦查、民事诉讼和社会重大事件的处理。在国外, DNA检测技术被奉为“ 黄金标准” 。2009年2月, 美国科学院国家研究顾问委员会发布了名为《加强美国法庭科学之路》的报告(Strengthening Forensic Science In The United States: A Path Forward, 以下简称为“ NAS/NRC报告” )。报告表示, 到目前为止, 只有DNA 检验技术能够满足科学的基本要求[1]。在我国, 法庭科学DNA检测不仅被司法人员、诉讼参与人员普遍认可和接受, 甚至在大众的眼里, DNA证据也成为“ 铁证” 。DNA鉴定结论作为证据之一在各类案件的办理中被法官采信, 成为判案的重要依据。但这也从另一个角度揭示出法庭科学DNA检测面临的巨大风险, 即高速发展与质量保证能力不足的矛盾引发的检验结果质量风险正逐渐加大, 已开始影响到法庭科学DNA检测的证据地位。本文对国外法庭科学DNA实验室(以下简称“ DNA实验室” )的质量保证情况进行初步分析, 从中发掘有益的启示, 为我国法庭科学DNA检测的改革和发展提供借鉴。
提升DNA实验室的质量, 涉及诸多因素。美国法庭科学学会(American Academy of Forensic Sciences, AAFS)2009 年曾提7 条原则以指导美国法庭科学界。这些原则是:(1)各法庭科学专业必须具有坚实科学背景; (2)法庭科学实验室应当接受认可(accredited); (3)法庭科学技术人员应当接受认证(Certified); (4)法庭科学名词术语应当标准化; (5)法庭科学技术人员应当切实遵守道德准则; (6)现有的法庭科学机构应当接受政府的监管; (7)律师和法官应当对科学方法论和法庭科学领域具有足够的认知[2, 3]。就法庭科学DNA检测而言, 上述原则中有的已经确立, 如(1), 法庭科学DNA检测的科学背景是得到公认的, 早在DNA检测技术被应用于法庭科学领域之前, 生命科学家们通过大量基础研究验证了该技术的科学性和可靠性, 通过实验方法采集大量数据并建立了标准, 结果解释的方法也逐步发展成熟; 有些已形成共识并逐步推进, 如(2)、(3)、(4), 法庭科学DNA检测发展较早的英国、美国以及欧洲的质量保证工作基本上遵循这些原则; 有些还不尽如人意, 如(5)、(6)、(7)。
目前, 实验室认可、能力验证(包括人员能力)在法庭科学DNA检测质量保证中仍处于关键性的位置, 其重要性已经得到普遍认可, NAS/NRC报告中即建议:“ 实验室认可和法庭科学专业人员的个人认证应当是强制性的” [1]。评估一个实验室的质量水平, 仍需应用标准, 从人员、方法、程序等要素入手。从整个法庭科学DNA检测领域来看, 质量保证和质量控制(quality assurance/quality control, QA/QC)的实现应针对不同层级和对象采用不同措施(见表1)。
![]() | 表1 法庭科学DNA领域的质量保证和质量控制(QA/QC)措施[4] |
不同于我国, 在全球多数地方对法庭科学实验室的认可和人员能力的认证仍是自愿的。20世纪70年代美国联邦调查局(Federal Bureau Investigation, FBI)发起成立了美国犯罪实验室主任协会(ASCLD), 1981年ASCLD成立了实验室认可委员会(ASCLD/LAB)。1995年, ASCLD的认可培训、教育和支持执行委员会又设立了国家法庭科学技术中心(National Forensic Science Technology Center, NFTSC)来协助和支持法庭科学实验室准备ASCLD/LAB的认可和审核, 授予符合特定DNA质量保证标准的实验室临时资质。2003年, ASCLD/LAB批准实施基于国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)《检测和校准实验室能力认可准则ISO/IEC 17025》的实验室认可。同年NFTSC设立了独立认可法人组织法庭科学质量服务机构(Forensic Quality Services, FQS), FQS的国际部(Forensic Quality Services International, FQS-I)开始依照ISO/IEC 17025对实验室进行认可。2004年ASCLD也开始提供ISO/IEC 17025的认可服务。除纽约州、俄克拉荷马州(要求ASCLD/LAB)和德克萨斯州(要求由公共安全部认可)外, 各州对于法庭科学实验室认可均无特殊要求。目前, 美国为实验室提供认可服务的主要是ASCLD/LAB和FQS-I, 此外美国血液银行协会(The American Association of Blood Banks, AABB )也为从事亲权鉴定的实验室提供认可服务。截至2008年底, 共有356个法庭科学实验室通过了ASCLD/LAB的认可, 53个实验室通过了FQS-I的认可。相比较普通法庭科学实验室, DNA实验室的要求更加严格— — 联邦资助的DNA实验室必须符合FBI的《DNA数据库样本检测实验室质量保证标准》和《法庭科学DNA检测实验室质量保证标准》的要求, 并每两年接受一次审核(Audits)[5], “ 尚未接受ASCLD/LAB全面认可评估的实验室, 在完成全面认可审核之前不得检索DNA数据库” [6]。
英联邦认可组织(United Kingdom Accreditation Service, UKAS), 是负责认证机构认可和实验室认可的国家机构, 是英联邦乃至世界最权威的认可机构。在ISO/IEC 17025的框架下开展对实验室的认可, 通过认可的DNA实验室还必须满足《英国国家DNA数据库数据提供者认可说明》中关于分析方法、评估程序、实验室能力保持和实验设计等的一系列附加要求[7]。
能力验证(proficiency test)是DNA实验室质量保证体系的重要组成部分。外部的能力验证主要用于监控实验室的检验能力, 发现检验中存在的问题以及与同类实验室间的偏差, 确定检验方法的有效性和可靠性。ASCLD/LAB将能力验证作为确定实验室人员工作准确性的有效方式。FBI在《DNA数据库样本检测实验室质量保证标准》和《法庭科学DNA检测实验室质量保证标准》中规定实验室所有人员每年至少参加2次外部能力验证。外部盲测是公认的最有效的质量保证方式, 曾有人建议1994年的美国《DNA鉴定法》加入强制性盲测条款, 但经评价后成本过高未被采纳[8]。德国DNA分型工作组(German DNA Profiling group, GEDNAP)也曾成功运作过DNA外部盲测项目, 2001年和2003年, 分别有122和160个实验室参加。盲测中发现实验室人员的失误, 如样品转移和抄写的疏忽, 是导致错误结果的主要原因, 错误率在0.4%~0.7%之间[9, 10]。人员能力认证是实验室认可的补充。与认可关注于实验室管理体系的运行, 考察其符合性和有效性不同, 认证通常是指某人完成了特定的培训、教育和实践课程, 通过了有针对性的考试, 具有在某一专门学科从业的最低能力, 认证是直接考察实验室人员能力的程序。尽管个人能力的认证已经得到法庭科学领域的普遍认可, 但目前看来不仅是法庭科学DNA分析领域, 整个法庭科学领域对认证服务的提供和要求并不统一。
法庭科学实验室的确认(validation)程序涉及到多个方面, 如方法、设备、关键消耗品等。确认程序主要关注被确认对象的稳健性(检测的高成功率和低消耗)、可靠性(结果准确有效)和可复制性(多实验室或多次测试间的结果一致)。通常确认程序可分为开发阶段确认(developmental validation)和内部确认(internal validation)。开发阶段确认一般针对新的STR试剂盒、新的引物组合以及新检测技术; 内部确认则用于验证已经通过开发阶段确认的方法、试剂及设备等能否有效地在本实验室应用。开发阶段确认通常由生产商和大型实验室如美国的FBI实验室, 国家标准和技术研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)等。开发阶段确认对于DNA实验室十分重要, 实验室可以通过多种途径获得已有的确认结果, 如法庭科学杂志(Journal of Forensic Sciences), 国际法医学杂志(International Journal of Legal Medicine)等。
每当一种新的DNA检测试剂投入实用之前, 实验室都应该对其进行内部确认, 重点在于评价其复现性、等位基因定值准确性和检测灵敏度。内部确认可以通过混合样品和未知的案件样本进行。
与其他检测和校准实验室相同, 标准操作规程(standard operating procedures, SOPs)对于DNA实验室同样重要。特别是关于DNA检测结果解释的SOPs, 对于规范技术人员对检测结果的判读如:如何确定无效结果、如何区分异常峰和有效峰, 如何解释混合DNA分型等, 确保实验室内部出具的检测结果高度一致十分关键。国际法医遗传学会(International Society of Forensic Genetics, IFSG)、FBI的DNA分析方法科学工作组(The Scientific Group on DNA Analysis Methods, SWGDAM)均制定了相关指导性文件[11, 12]。
在DNA检测全过程设置不同的对照样品是实验室层面进行质量控制的最有效手段。常用的对照样品包括:(1)试剂空白样品, 不含有模版DNA, 用于监测DNA检测全过程中可能存在的污染; (2)阴性对照样品, 同案件检材和人员样本平行进行PCR反应, 用于监测可能存在的污染; (3)阳性对照样品, 同案件检材和人员样本平行时进行PCR反应, 用于监测PCR试剂的工作状态及DNA分型结果的准确性; (4)内标, 电泳检测中使用, 用于为被检测的DNA片段长度赋值; (5)等位基因标准品(allelic ladder), 电泳检测中使用, 用于辅助DNA分型。
上述对照样品中, (3)(4)(5)通常由检测试剂生产商提供。但是, 使用有证标准物质(Certified Reference Material, CRM)作为第(3)类对照样品, 对实验室的方法、设备及检测能力进行确认, 已经是共识。《检测和校准实验室认可准则》(CNAS-CL01:2006)直接涉及标准物质的有近十条, 而且将参考标准和标准物质(参考物质)单独列为技术要求条款(5.6.3), 可见标准物质对实验室质量的重要意义[13]。FBI《法庭科学DNA检测实验室质量保证标准》中也要求“ 每年或当实验室的方法发生重大变化时, 应采用NIST发布的有证标准物质或者可溯源至NIST有证标准物质的标准物质对方法进行核查确认” [14]。目前, NIST提供多种DNA标准物质用于DNA实验室检测能力确认和方法、设备校准。
实验室间比对是法庭科学DNA领域常用的一种方式, 用来验证本实验室所采用的方法在其他实验室同样有效, 证明不同实验室间DNA检测结果具有一致性。从上世纪90年代开始, 欧洲DNA分型工作组(European DNA Profiling Group, EDNAP)就组织开展了一系列的实验室间比对活动, 最多时参加实验室数量超过30个, 内容涉及VNTR[15]、常染色体STR[16, 17]、Y染色体STR[18]、线粒体DNA[19]、SNP[20]和降解DNA[21]等法庭科学DNA检测技术的各个方面。自1994年开始, NIST也开始组织实验室间比对活动[22], 特别是近几年开展的关于混合DNA检测的实验室间比对活动对于各实验室DNA检测能力的提高具有重要的意义[23]。
(1)商品化的DNA检测试剂。批量化的生产使得商品化检测试剂的质量稳定均一, 在提高检测成本的同时也提高了检测结果的可信度。由于不同生产商遵循相同的技术标准, 不同检测试剂检测结果存在较高的兼容性和互换性。
(2)自动化工作站。目前自动化工作站已在DNA检测的多个关键环节应用, 如DNA提取, PCR反应准备和被检测样品准备[24]。自动化工作站的突出优势在于可以持续以较高和均一的质量水平处理大量样品, 最大限度的降低各类人为因素带来的错误和质量波动, 正确的程序设定和有效的维护是保持这一优势的关键。
(3)实验室管理系统。当DNA实验室需要处理大量的数据时, 实验室信息管理系统(laboratory information management systems, LIMS)对质量的促进和提高有非常明显的作用。通过LIMS, 样品的检测和流转可以监控和追溯, 大量的数据可以自动化处理和交换。在美国, LIMS已应用于DNA实验室, 如美国军方DNA鉴定实验室(The Armed Forces DNA Identification Laboratory, AFDIL)和FBI的DNA实验室。联合使用LIMS和自动化工作站可以更好的提高实验室质量水平, 在一项持续20个月的测试中, 17000个DNA样品的检测成功率高达为99.99%[25]。
(4)专家分析系统。数据分析是DNA检测中对技术人员高度依赖的环节。据统计, 大量的数据分析工作往往要占用实验室50%以上的资源。因此, 多家企业和机构陆续开发出不同的专家分析系统软件来试图打破这一瓶颈, 如英国法庭科学服务机构(Forensic Science Service, FSS, 现已关闭)的FSS-i3系统; 美国生命技术公司(Life Technologies)的GeneMapperID-X; 新西兰环境科学研究所(Institute of Environmental Science and Research, ESR)的FaSTR软件。
法庭科学DNA界长期以来一直关注自身的质量控制和质量保证能力和手段, 陆续建立了很多全球或区域性组织, 力图组织和推动DNA检测的有序发展, 显而易见实验室的质量保证体系不能仅仅依托于ISO/IEC 17025。由于引入法庭科学领域之初就继承了自然科学领域的实证手段和思考方式, 20余年来经不同专业组织和行业协会努力, DNA实验室自有的质量保证文件体系不断扩充。如ASCLD/LAB考虑到法庭科学实验室的特殊要求, 制定的《法庭科学检测实验室认可补充要求》(ASCLD/LAB-International supplemental requirements for the accreditation of forensic science testing laboratory); 欧洲法庭科学联盟(European Network of Forensic Science Institutes, ENFSI)制定的方法确认指导性文件《(新)方法的确任和实施》[Validation and Implementation of (New) Methods]等。
创建于1968年的IFSG, 前身是国际法医血液遗传学会(International Society of Forensic Haemogenetics, IFSH), 会员来自60余个国家, 是目前法庭科学DNA领域最有影响力的全球性组织。根据地区和语言, IFSG下设10个工作组, 自1989年起, 先后推出指导性文件12个。
1994年美国通过《DNA鉴定法》, 1995年议会授权成立DNA咨询委员会(The DNA Advisor Board, DAB), 目的是为检索联邦调查局DNA数据库的DNA实验室制定质量保证标准。2000年DAB期满后, 这一职能由SWGDAM接替, SWGDAM成员来自美国和加拿大, 下设联合DNA索引系统(Combined DNA Index System, CODIS)、线粒体DNA、失踪人口及大型灾难、混合DNA、质量保证、快速DNA检测、Y-STR等8个委员会和家系查询工作组。1989年起, SWGDAM先后制定了大量与实验室质量保证相关的标准文件。
1995年ENFSI成立, 开始在欧盟成员国内推动实验室认可。ENFSI下设DNA工作组(DNA working group), 其在欧洲的定位类似于SWGDAM在北美的角色, 主要职能包括(1)讨论、分享和比较DNA检测的方法、技术方案和研究结果; (2)建立实验室质量保证的系列指导方针和提供面向欧洲的质量控制服务; (3)与他国和国际组织合作发展欧洲法庭科学DNA检测标准; (4)定期回顾和修订欧洲法庭科学DNA检测的指导方针; (5)确定欧洲法庭科学DNA数据库的核心DNA标记; (5)宣传推广欧洲法庭科学DNA检测的标准和成果, 提供相关培训及服务。ENFSI设置有DNA质量保证计划(Quality Assurance Programme, DNA WG/QA prog.), 定期发布、更新系列指导方针和调查报告, 至2012年, 已有《DNA实验室人员培训建议》(Recommendations for the training of DNA staff)、《DNA分型过程多方确认的最低推荐标准》(Recommended minimum criteria for the validation of various aspects of the DNA profiling process)、《ENFSI DNA工作组术语和缩写》(ENFSI DNA Workgroup terms and abbreviations)、《DNA数据库管理评审和建议》(DNA-Database management review and recommendations)、《DNA污染防范指南》(DNA contamination prevention guidelines)等发表。ENFSI的多数指导方针较为简短, 仅能作为补充使用, 如《DNA污染防范指南》仅从通行建议、实验室、人员和实验设计等4个方面提出了简要建议[26]。但在《DNA数据库管理评审和建议》中, 则给出了较为全面详细的建议和要求[27]。
由于要考虑行业的普适性, 上述机构和组织通行发布的质量控制要求显然在可操作性上还存在无法避免的不足, 因此各个DNA实验室在符合框架要求的前提下制定特有的质量保证手册是非常必要也是应该鼓励的。如阿肯色州犯罪调查实验室在FBI框架下拟定的质量保证手册中, 从组织管理、任职资格和岗位描述、设备设施、物证、方法确认、检验、设备校准和维护、能力验证、记录、报告、核查、投诉等13个方面做了更为细致的规定[28]。
应该注意到, 质量控制体系并不能完全杜绝错误的发生, 特别是实验室人员的主观故意行为。无辜者计划的组织者Peter Neufeld指出, 不能单纯依靠实验室认可和人员认证的力量来提高鉴定质量, 很多已通过实验室认可和从业人员能力认证的机构都被证明提交过有缺陷的法庭科学证据[29]。
一方面, 主观性是每一种人类活动的固有特性, 因此在有人类参与的司法鉴定的各种活动也不可避免地表现出主观性。事实上在NAS/NRC 报告奉为黄金标准的DNA 鉴定同样也存在着主观性, 比如对于DNA降解样本中波峰高度的比对, 在混合DNA和低拷贝数量模板DNA等分析中也存在着大量主观性判断。据调查, 主观故意行为导致DNA 检测结果错误的情形已遍布美国[30], 如佛罗里达州的John Fitzpatrick[31]、伊利诺伊州警察局实验室的Pamela Fish[32]和弗吉尼亚州警察局实验室的Fred Zain等等[33]。即使在FBI实验室的质量体系下, Jacqueline Blake在超过100个案件的检验中未设阴性对照, 通过篡改记录证明操作符合规范[34]也有发生。
另一方面, 事实也表明, 除非强有力的执行推动, 否则制度及法规的设立并不能保证实验室质量体系的贯彻和运行, 如2004年的调查表明, 尽管纽约州根据ASCLD的要求设立了一系列质量保证要求, 但很多通过ASCLD/LAB认可的实验室仍存在不满足质量标准的情况[35]。
综上所述, 欧美各国在法庭科学DNA实验室质量保证和质量控制领域取得的经验对我国法庭科学DNA检测事业发展有很好的参考和借鉴作用, 但同时也应意识到每个国家自身特有的体制、制度和发展需求。因此需要开展客观深入的分析调查, 发现自身的根本问题所在, 理智取舍, 结合我国实际有序地推进我国法庭科学DNA事业的健康发展。
The authors have declared that no competing interests exist.
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