接触DNA检验成功率的影响因素探讨
张广峰, 陈松, 涂政, 葛芸英
公安部物证鉴定中心,北京 100038

作者简介:张广峰(1987—),男,山东泰安人,法医师,硕士,研究方向法医物证学。Tel:18210290656; E-mail:zhangguangfeng@hotmail.com

摘要

人在接触物体后,会在物体表面留下少量的接触DNA,对它的检验是目前法医DNA检验的热点和难点。在不同情况下,接触DNA的STR检验成功率差异较大。影响接触DNA检验成功率的主要因素有个体差异、载体属性、接触时间、遗留时间、检验时能否突出重点部位、检验策略的选取和结果分析等,本文详细综述了接触DNA检验成功率的影响因素。

关键词: 接触DNA; 微量DNA; STR分型; 污染
中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2013)03-0009-05
Discussion on the factors affecting success rate of touch DNA analysis
ZHANG Guang-feng, CHEN Song, TU Zheng, et al
Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

In this paper, the factors affecting the success rate of touch DNA detection, including individual difference, physical character of the substrate, touch time, persistence period, choice of the analysis method and interpretation of DNA profile were discussed.

Keyword: touch DNA; trace DNA; STR genotype; contamination

随着DNA检验技术灵敏度的提高和各级公安机关应用DNA技术破案的意识日益增强, 越来越多的案件需要进行接触DNA的检验。接触DNA(touch DNA, )是指通过皮肤接触而遗留在客体表面上的DNA, 主要来源于人体皮肤脱落的上皮细胞。1997年, Oorschot等[1]首次在指纹上提取到了微量的接触DNA。Wickenheiser[2]的研究表明, 每人每天大约有400000个上皮细胞自然脱落, 构成了接触DNA的主要来源, 因此, 国内也常把接触DNA称作脱落细胞DNA。

实际工作中, 常见的接触DNA检材有手表, 眼镜, 衣服等个人物品, 也有遗留在犯罪现场的胶带, 绳索, 爆炸物残片等。接触DNA的成功检验既可以直接认定犯罪嫌疑人, 也可以提供重要的侦查线索。近年来, 接触DNA在案件侦破中发挥了重要作用, 尤其是在一些缺少其他物证的未破案件(也称作“ 冷案” , cold case)中[1, 2, 3]

接触DNA并不简单的等同于微量DNA(trace DNA、LCN或LtDNA)。Gill等[4]最早将微量DNA定义为模板量小于100pg的DNA; Caddy等[5]则将200pg作为界定微量DNA的标准; Budowle等[6]认为由于DNA定量方法之间存在差异, LCN分型应定义为正常阈值之下的分析结果; Gill等[7]后来发表相同的观点。与微量DNA侧重于DNA含量相比, 接触DNA则侧重于DNA的来源。由于在多数情况下接触DNA的含量少, 对其进行STR检验要遵循微量DNA的分析方法。

接触DNA检材与常见的生物检材如血痕、精斑相比, 属于微量疑难生物检材, 对它的检验是目前法医DNA检验的难点和热点。关于接触DNA的检验成功率, 说法不一, 文献报道的结果差别也较大。Harbison等[8]统计了908份接触DNA检材的检验成功率, 结果45%的检材获得了DNA分型(包括完整、部分和混合分型)。Raymond等[9]报道的接触DNA检验成功率为35%, 在每份接触DNA检材中平均可以提取到1.7ng DNA。Daly等[10]对100例玻璃表面遗留的接触DNA研究, 结果检验成功率为9%。

接触DNA检验成功率不同的原因是由于影响因素很多。个体差异、载体的物理属性、接触时间、遗留时间、检材提取是否准确、检验时能否突出检材的重点部位、检验方案与策略是否得当以及能否正确判读分型结果等都会对检验结果造成影响。

1 个体差异

皮肤上皮细胞脱落的难易程度在不同的人之间存在差异。Lowe等[11]将不同的个体分为易脱落者(good DNA shedders)和不易脱落者(poor DNA shedders)两类。Allen等[12]研究了不同个体触摸玻璃后转移接触DNA的差异后发现, 有18.6 %的人(易脱落者)遗留在玻璃表面的指纹上可以获得完整的STR分型, 60.5%的人(中等程度脱落者)可以获得部分分型, 只有20.9%的人(不易脱落者)没有获得检测结果。Phippis等[13]则认为, 不能简单的将个体归属于哪一类脱落者, 即使对于同一个体而言, 接触物体时的特定状态对接触DNA的影响也非常大。触摸行为用的左右手、接触前是否洗手、皮肤是否出汗、接触的剧烈程度等都会对遗留的DNA量有影响; 一些个人习惯, 如触摸脸部、头发等, 也会导致在接触物体后转移更多的脱落细胞, 结果造成不易脱落者在特定的状态下也可能转移足够数量的接触DNA; 反之亦然。

2 载体属性

人在接触不同载体时, 由于其表面的光滑程度不同, 遗留的脱落细胞数量会不同。当接触粗糙表面的载体时, 皮肤局部受力会比较大, 往往比光滑的表面留下更多的接触DNA。Daly等[10]研究了皮肤接触不同性质的载体表面转移接触DNA的差异。对300名参与者随机分为三组, 分别触摸玻璃、纤维类物品和木头3种物体60s, 使用胶带粘取物体表面的附着物, 然后进行DNA提取, 结果表明, 在三种物体表面平均可以提取到0.52ng、1.23ng、5.85ng的接触DNA, 检验成功率分别为9%, 23%, 36%。在实际的案件检验中, 不同载体表面接触DNA的检验成功率也存在差异。Harbison[8]发现, 在统计的检材类型中, 光滑坚硬的载体表面提取接触DNA的成功率最低。Raymond[9]的数据表明, 手枪、刀柄等案件检材上提取到的接触DNA最少, 平均为0.6ng, 检验成功率也最低。

3 接触时间

接触时间的长短会影响到接触DNA的量。一般认为, 接触时间越长, 转移的接触DNA越多。Wickenheiser[2]认为接触动作是瞬间完成的, 因此在较短的时间段内(5s, 10s, 20s), 时间对接触DNA的影响不大。然而, 如果时间跨度较长, 接触DNA会显著增加。Raymond等[14] 在触摸多次的钱包上提取到11.7ng DNA; Oorschot[1]在接触了15min的面罩和杯子上分别提取到6.8ng和34ng DNA, 在戴了20min~90min的手套上提取到51ng的接触DNA。显而易见, 穿戴时间较长的衣帽上会比偶尔触摸的物体表面遗留更多的接触DNA, 其检验成功率会大大增加。在本实验室对同一案件的473件衣物进行的接触DNA检验中, 剪取衣领部位, 一次检验成功率(获得10个以上STR基因座分型)达到70%以上。

4 遗留时间

接触DNA可以在物体表面遗留多长时间是一个令人关心的问题。Raymond等[14]研究了已知量的DNA在三种不同的载体表面(木材、聚乙烯化合物、玻璃)上的遗留时间。结果显示, 可以回收到的接触DNA随着时间的推移显著减少, 两周以后基本上不能够再被检出; 接触DNA在渗透性载体上的遗留时间要长于非渗透性载体。Linacre[15]报道, 接触36天之后依然能够检出接触DNA。接触DNA在载体表面的遗留时间还与其所处的不同环境条件有关, 如温度, 湿度, 空气流动等。不可否认的是, 遗留时间确实是影响接触DNA检验成功率的因素之一。因此, 接触DNA检材的及时提取和检验非常重要, 能增加其检验成功率。

5 检材的提取是否正确

接触DNA检材的提取给现场勘查人员提出了更高的要求。一方面, 接触DNA检材的提取并不是多多益善, 而是需要结合缜密的现场分析进行重点提取。另一方面, 现场任何疏忽都会造成对检材的DNA污染。检材的污染会使结果解释变得更为复杂, 甚至导致检验的失败。在提取过程中, 防范污染是非常重要的环节。Oorschot等[16]认为, 除了在检材提取时采取适当的防范措施外, 还应建立相关人员的DNA数据库以便排除污染。再者, 检材的包装是否正确也会对检验结果造成影响。当同一件检材的不同部位可能遗留有不同人的DNA时, 要对检材进行分区域包装。比如对于匕首凶器, 刀刃上经常有受害人的血迹, 刀柄上则可能留有犯罪嫌疑人的接触DNA。此外, 反复包装以及转移检材产生的摩擦会造成接触DNA的损失。Mariya等[17]的研究证实, 在接触DNA检材的包装袋上检出了转移的接触DNA。

6 检验时突出重点部位

在检材表面准确找到接触部位并不是一件容易的事。Lennard等[18]借助多波段光源寻找脱落细胞的附着位置; Sewell等[19]则利用指纹显现方法寻找接触部位。在具体实践中, 这些方法往往具有局限性或并不实用。大多数情况下发现接触DNA还是利用经验并结合现场分析来找出检材的重点部位。一旦确定了重点部位, 便可在最短的时间内获得检测结果, 既节省资源, 也能提高效率。当无法确定检材的重点部位时, 可以在检材表面尽可能多的选取不同部位进行DNA提取, 但是由于检验的工作量大, 会耗费较多的人力和物力, 而且成功率不高。

7 选择合适的检验方案及策略

个体差异、载体属性、接触时间、遗留时间对接触DNA检验的影响是客观存在的。作为实验室技术人员, 针对接触DNA的检验, 在检材前处理、DNA提取、扩增和检测等阶段, 需要根据具体情况制定合适的检验方案。这对于接触DNA的检验成功非常重要。

7.1 检材的前处理

接触DNA提取可针对不同载体, 按照分段分层、内外有别的原则, 采用直接剪取[20]、两步擦拭[21]、真空吸附[22]、胶带粘取[23]等方法进行前处理。直接剪取法适用于重点部位较为明确、质地偏软且易于分割的检材, 比如衣物、绳索等。该法操作简便, 获得单一基因分型的可能性大, 但是会破坏检材、将载体置于裂解液中也会影响DNA的质量。两步擦拭法适用于质地较硬、非渗透性的检材, 比如玻璃、金属材料等。真空吸附法适用于表面积较大的渗透性检材, 比如衣服、床单等。该法能够富集面积较大载体表面的脱落细胞, 可以提高检验成功率[16]。胶带粘取法则是利用胶带的粘性吸附载体表面的附着物, 容易控制富集脱落细胞的范围, 往往比两步擦拭法收集到更多的接触DNA, 但是会增加之后脱落细胞裂解的难度[16]。Karla等[24]分别使用两步擦拭法和胶带粘取法收集“ 受害人” 皮肤表面遗留的“ 犯罪嫌疑人” 的脱落细胞, 结果发现两种方法没有明显差别。此外, 激光捕获技术[25]和流式细胞分拣技术[26]也可用于收集脱落细胞。

Kita等[27]的最新研究认为在人体皮肤表面存在少量的游离DNA(cell free nucleic DNA, CNAs), 能通过触摸转移到客体表面。Quinones等[28]从80%的受测者的汗液中检测到游离DNA的存在。目前认为, 游离DNA也是接触DNA的来源之一。有些收集脱落细胞的方法, 比如真空吸附等, 会将游离DNA排除在外, 导致提取到的接触DNA减少, 从而降低检验成功率。

7.2 接触DNA的提取

目前, 提取DNA的方法很多, 只要采用的方法能够获得用于PCR分析的DNA模板都可使用, 必要时需对DNA样品进行纯化和浓缩[29]。Bright 等[30]使用有机法提取鞋垫上的接触DNA; Anslinger等[31]采用 Chelex-100法从现场擦拭物中提取DNA, 并用Microcon纯化和浓缩。实际工作中, DNA实验室应该选用在自己实验室得到验证的最佳方法。目前, 采用磁珠法提取微量DNA得到了广泛应用。该法的优点在于操作简便、DNA提取和纯化一次完成, 能有效去除杂质干扰, 还可以通过调整洗脱体积改变提取到的DNA浓度。

7.3 接触DNA的扩增与检测

接触DNA进行STR检验时, 对PCR扩增和电泳检测的条件进行改进, 均可以提高检验的灵敏度。PCR扩增时可以采用增加循环数、模板浓缩、缩小反应体系、优化引物、延长退火时间、增加聚合酶量、改变缓冲体系等不同的方法来提高检验的灵敏度。电泳检测时, 可以采取增加上样量(从1μ L提高到5μ L)、调整上样电压(从3000V提高到6000V)、上样时间(从10s增加到20s)、使用低渗的高质量甲酰胺等方法改善电泳质量, 也可对扩增产物纯化后进行电泳。

8 正确的结果分析与应用

微量DNA扩增过程中, 由于模板量少, 加之循环数的增加, 容易产生不对称扩增、等位基因的丢失和增加、影子带增强等问题[32]。到目前为止, 对微量DNA的分析还缺乏一种普遍接受的统计学方法。因此, 结果分析时应十分谨慎[6]:(1)严格设置阴性对照, 作为评定和分析多余谱带的参考; (2)可将分析阈值调低, 但是要保证峰值大于三倍的噪音水平; (3)进行重复检验, 重点关注多次出现的等位基因; (4):谨慎认定纯合子, 特别是对于扩增片段较长的STR基因座; (5)DNA数据进行数据库检索时要采用容差比对的模式。目前, 有两种分析方法[33]用于分析微量DNA的分型图谱:一是共有图谱分析(consensus profile)法, 采信重复出现的等位基因; 二是综合图谱分析(composite profile)法, 将出现过的等位基因均考虑在内。在具体实践中, 大多采用共有图谱分析的方法, 取得了较好的效果。

在结果的应用方面, 当接触DNA能比中犯罪嫌疑人, 就具有非常重要的证据价值; 当获得的STR分型无法解释时, 要考虑到DNA的来源的不确定性和二次转移(second transfer)[34]的可能性。因此, 根据接触DNA检验结果不宜做出排除的结论。需要指出的是, 在研判和应用DNA分型结果时, 要注意线索(intelligence)与证据(evidence)的区别, 有时候检验结果并不足以成为法庭审判的证据, 但是可以为案件侦破提供非常有价值的线索。

综上所述, 接触DNA检验的影响因素较多, 稍有不慎会导致检验结果不理想。因此, 要提高接触DNA检验的成功率, 就需要在检材的科学提取与及时送检、检验时突出重点部位、选择合适的检验策略与方案, 以及正确判读STR分型结果等方面多下功夫。毫无疑问, 接触DNA检验的出现极大的拓宽了DNA检验的范围, 在案件侦破中发挥了重要作用, 然而过于强调接触DNA的重要性往往会导致检验资源的不合理利用, 更容易忽视常规生物物证的发现和提取[35], 因此, 对各种类型的DNA检材树立全面、理性、科学的认识也是十分必要的。

The authors have declared that no competing interests exist.

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