引用本文
刘金杰, 万群, 王颖希, 姚伊人, 赵蕾, 张博源, 庄斌, 赵丽健, 韩俊萍, 焦章平. Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统在案件中的应用[J].刑事技术, 2022,47(5):536-541
LIU Jinjie, WAN Qun, WANG Yingxi, YAO Yiren, ZHAO Lei, ZHANG Boyuan, ZHUANG Bin, ZHAO Lijian, HAN Junping, JIAO Zhangping. Quick TargSeq Rapid DNA-integrated System Applying to Casework[J]. Forensic Science and Technology,2022,47(5): 536-541  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0168
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Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统在案件中的应用
刘金杰1, 万群2, 王颖希1, 姚伊人3, 赵蕾3, 张博源4, 庄斌5, 赵丽健5, 韩俊萍6,*, 焦章平1,*
1.北京市公安司法鉴定中心,北京 100192
2.山东第一医科大学,济南250001
3.公安部鉴定中心,法医遗传学公安部重点实验室,北京市现场物证检验工程技术研究中心,现场物证溯源技术国家工程实验室,北京 100038
4.中国人民公安大学侦查学院,北京 100038
5.北京博奥晶典生物技术有限公司,北京 101111
6.北京市公安局朝阳分局刑侦支队,北京 100025
* 通信作者简介:韩俊萍,女,山西太原人,博士,副主任法医师,研究方向为法医遗传学。E-mail: pgww19861025@163.com;焦章平,男,北京人,学士,主任法医师,研究方向为法医遗传学。E-mail: jiaozhangpingbj@163.com

第一作者简介:刘金杰,男,山东昌乐人,硕士,主检法医师,研究方向为法医遗传学。E-mail: liujinjie7325@163.com

收稿日期: 2021-07-12 修回日期: 2021-11-15
基金资助: 公安部“双十计划”重点推广项目(2020SSTG0504); 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2018JB037）
摘要

常规法医DNA检验包括DNA提取、PCR扩增、电泳检测、数据分析等环节,需要专业人员在实验室用不同仪器操作6~8 h完成。然而,面对突发案（事）件,现有技术耗时长、步骤多、实验场所要求高等不足限制其作出适时到位的应对。为此,国外先后推出了RapidHIT等现场快检仪器,但价格昂贵且只能用于个体识别。Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统是国内首台自主研制的现场快检仪,2 h即可完成检验全过程,可以实现DIP族群推断和STR个体识别功能。本文利用该系统检测了一起案件的现场物证及血样,促进了案件的侦破。

关键词: 法医遗传学; DNA现场快速检验; 个体识别; 族群推断
中图分类号:DF795.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2022)05-0536-06
Quick TargSeq Rapid DNA-integrated System Applying to Casework
LIU Jinjie1, WAN Qun2, WANG Yingxi1, YAO Yiren3, ZHAO Lei3, ZHANG Boyuan4, ZHUANG Bin5, ZHAO Lijian5, HAN Junping6,*, JIAO Zhangping1,*
1. Forensic Science Service of Beijing Public Security Bureau, Beijing 100192, China
2. Shandong First Medical University, Jinan 250001, China
3. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security (MPS) & MPS' Key Laboratory of Forensic Genetics & Beijing Engineering Research Center of Crime Scene Evidence Examination & National Engineering Laboratory for Forensic Science, Beijing 100038, China
4. People's Public Security University of China, Beijing 100038, China
5. Beijing Capital Bio-Technology Ltd. Co., Beijing 101111, China
6. Criminal Investigation Detachment of Beijing Chaoyang Public Security Sub-bureau, Beijing 100025, China
Abstract

Current forensic DNA genotyping involves with the main steps of DNA extraction, amplification, capillary electrophoresis and analysis of the resulted DNA profiles, ordinarily requiring highly trained forensic professionals and technicians operate multiple function-dedicated instruments in a centralized laboratory setting for at least 6-8 hours to have the whole course of DNA examination done. However, on occurrence of emergency events/incidents, the present technologies mentioned above are deficient of adequate and timely responding due to their disadvantages of time-consuming, step-multiple manual operations and a manoeuvre-restricted laboratory environment. The overseas scene rapid DNA instruments like RapidHIT® ID have seemingly been developed to address this issue, yet manifesting the shortcomings of excessively-high price and only usefulness for STR-based personal identification. Quick TargSeq rapid DNA-integrated system is fully automated and integral for STR-based individual identification and DIP-based ancestry inference, enabling the completion of its entire operating course in approximately just 2 hours. It is China's first self-developed on-site rapid DNA instrument invented by Chinese scientists. Here, an example was described about utilizing such an instrument and its system to identify the evidential samples of a case, and successfully having fulfilled the relevant identification and ancestry inference to facilitate the case investigation till thorough solution all the way.

Key words: forensic genetics; on-site rapid DNA genotyping; individual identification; ethnic inference

短串联重复序列（short tandem repeat, STR）是法医DNA个体识别与亲权鉴定的主流技术[1, 2], 缺失/插入多态性（deletion / insertion polymorphism, DIP）分析是法医DNA族群推断的常用技术[3, 4, 5], 检验过程包括DNA提取、PCR扩增、毛细管电泳等环节, 故通常很难在现场实现全流程操作。集成法医DNA检验各个环节一体化的仪器研究早有开展, 上世纪90年代出现了“ 微全分析系统” （micro total analytical systems, μ TAS）[6]概念, 也称“ 芯片实验室” （lab-on-chip）或微流控芯片技术（microfluidics）, 是生物芯片的一种, 即在芯片上加工出微泵、微阀或微管道等对微流体进行精细操控, 自动完成常规法医DNA实验室检测所需的全过程。该技术很快被用于临床领域的床旁检测（POCT）。国内外学者针对法医DNA集成检测也开展了大量研究[7, 8, 9], 进行了许多法医DNA样本现场化的检验工作[10, 11], 证明了法医现场检测的可行性。近年来, 国外有如RapidHIT 200等商品化DNA快速检验仪器相继研发并推向市场[12, 13, 14]。Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统是国内首台自主研发的仪器, 2 h内即能自动完成2份样本的法医DNA检验全过程, 实现“ 样本进— 结果出” , 可进行DIP族群推断（38个DIP位点信息见文献[5]）和STR个体识别（21个STR基因座包含20个CODIS基因座[15]和1个Amelogenin性别基因座）两方面的检测, 能够为敏感人员身份快速鉴识、灾难现场受害者身份识别、重大案事件的现场快速处置等提供科技支撑。本文报告应用Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统帮助侦破一起案件。

1 材料和方法
1.1 简要案情及前期检验情况

2021年某日, 某地公安局在侦办一起涉嫌贩卖毒品案件过程中, 抓获2名嫌疑人并查获部分涉案物品。DNA技术人员在缴获的黑色塑料袋、白色晶体包装袋上所提取的生物检材中检出同一男性STR分型, 但与嫌疑人分型不一致, 将该DNA分型录入DNA数据库无比中, 案件陷入僵局。当地公安机关要求对2份嫌疑人血卡（1号和2号）、1份现场物证的DNA样本（3号）进行DNA族群推断及STR分型检验。

1.2 全集成检测

1.2.1 样本制备

取STR和DIP冻干试剂（均为公安部鉴定中心产品）全集成芯片卡盒, 备用。在1.5 mL离心管中加入200 µ L直扩处理液Ⅰ 和Ⅱ 混合液（含80 µ L处理液Ⅰ 和120 µ L处理液Ⅱ , 苏州新海生物科技股份有限公司）, 放入4片直径2 mm的血片, 振荡10~20次, 然后取60 µ L上述混合液加样至扩增芯片样本处理池。

1.2.2 全集成检测— — DIP试剂卡盒

将全集成芯片卡盒插入Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统（北京博奥生物集团有限公司）进样仓, 输入样本信息（1~3号）, 选择预先设定的DIP程序, 点击运行键, 仪器自动完成样本裂解、PCR扩增、电泳分离全部流程。经BioStrGenotyping软件导出DIP分型数据, 使用族群推断软件DAA v1.0计算样本的人群匹配概率（AMP）和似然比（LR）, 运行参数为K=4, n=15（K代表分析的人群分为几大类, n代表每个K值重复运行的次数）。自动获得待测样本的似然比、祖先成分和族群归类图, 推断依据和方法参照文献[16]进行。

1.2.3 全集成检测— — STR试剂卡盒

对1~3号样本进行STR芯片检测。步骤同1.2.2, 选择预先设定的STR程序, 完成全部流程。使用配套软件BioStrGenotyping v2.0对结果进行分析。

2 结果
2.1 DIP族群推断

1、2号血卡及3号现场物证DNA样本的全集成检测结果如图1所示, 均获得完整DIP分型, 未出现等位基因丢失, 其结果与常规实验室方法分型结果完全一致。利用25个族群的参考数据库, 对该3份样本结果进行个体族群来源推断, 样本的AMP及LR值见表1, 3份样本AMP最高的人群均为非洲人群, 且与AMP第二位的人群相比LR值均远大于100。3份样本的祖先成分见图2, 其主成分均为非洲成分, 占94%以上。3份样本的族群归类图如图3所示, 3份样本均与非洲人群聚为一类。综合以上分析内容, 推断结果支持该3份样本均来源于非洲人群。

图1 血卡1（a）、2（b）号与现场物证（c）DNA样本DIP芯片全集成检测结果Fig. 1 DIP profiles resulted from DNA samples (a/b: No. 1/2 blood card; c: collected on the scene) undergone into a fully integrated run with the Quick TargSeq rapid DNA-integrated system

表1 1~3号样本的人群匹配概率及似然比值 Table 1 The values of AMP (assignment match probability) and LR (likelihood ratio) from 3 samples

图2 1~3号样本的祖先成分图Fig. 2 Ancestral components derived from the 3 samples

图3 1~3号样本的族群归类图Fig. 3 The principal component analysis into 3 samples for ethnic inference

2.2 STR个体识别

对1、2号血卡及3号DNA样本的全集成检测结果如图4所示, 均获得完整STR分型, 未出现等位基因丢失, 其结果与常规实验室方法分型结果完全一致。

图4 血卡1（a）、2（b）号与现场物证（c）DNA样本STR芯片全集成检测结果Fig. 4 STR profiles resulted from DNA samples (a/b: No. 1/2 blood card; c: collected on the scene) undergone into a fully integrated run with the Quick TargSeq rapid DNA-integrated system

STR个体识别和DIP族群推断芯片全集成检验分析在 2 h左右完成, 根据检验结果, 办案单位将可疑人员范围缩小至具有非洲人特征的人群, 进而锁定了目标嫌疑人员的排查范围, 经常染色体STR检验发现其中一名嫌疑人员的样本分型与现场DNA的完全一致, 嫌疑人被抓获后如实供述了犯罪事实, 该案件成功告破。

3 讨论

现场化、微型化、集成化检验是目前法医DNA领域的研发重点之一。微流控芯片技术[6]是该方向的重要技术核心, 可以将常规DNA实验室检验各步骤整合于一体, 最大限度地减少人工操作, 实现“ 样本进— 结果出” （sample-in-answer-out）式快速DNA检验。目前国外先后推出了RapidHIT 200、RapidHIT ID、ANDE 6C等商业化快速DNA检验仪, 均以该技术为核心, 通过传统流体操作和自动化技术相结合, 2 h左右即可完成全自动检测并生成分型图谱。

美国联邦调查局（FBI）实验室自2010年起就致力于推动快速DNA检测项目的发展, 同时其对快速DNA检验的需求也越来越多[17]。FBI还公布了基于DNA快检系统的办案模式, 其他州、地方参照该模式也相应建立起一套检验模式, 比较典型的如OCDA DNA实验室[18], 已证实在窗口单位使用快速DNA检验仪结合当地DNA数据库, 能够识别敏感人员或犯罪嫌疑人, 从而预防暴恐等案、事件, 或者协助案件快速侦破。快速DNA检验系统能够应用于国防和国土安全、刑侦现场取证、灾难现场受害人的应急身份识别等领域[14], 如2018年加利福尼亚州尤比县山火中, 在对遇难者DNA识别过程中, 使用DNA快检仪在数小时内就完成了对62具遗体的快速DNA鉴定[19], 2019年美国军方使用DNA快检仪2 h左右就确认了ISIS头目巴格达迪的身份[20]。但是, 进口仪器存在价格昂贵、配套试剂和耗材成本高且只能做STR检验等不足。公安部物证鉴定中心联合清华大学和博奥生物集团有限公司, 自主研制出中国首台全集成DNA快速检测系统（Quick TargSeq）和芯片试剂（兼容Typer21和PowerPlex21个体识别试剂以及AIDIP38族群推断试剂）, 该系统利用微流控技术, 将DNA提取、PCR扩增和电泳检测整合为一体, 检验过程自动进行, 内置配套控制软件和DNA分型软件, 2 h左右可完成DNA检验全过程; 仪器不需要持续通电给内部制冷, 不用预热; 可用于实验室和/或车载使用, 也可以配普通户外电源野外使用。

在本文报道案件中, 前期实验室用传统方法检出一男性STR分型, 输入DNA数据库无比中, 导致案件陷入僵局。本文作者相关实验室利用TargSeq全集成DNA快速检测系统, 在拿到样本后2 h左右即获得了样本来源人的族群身份, 为案件侦查提供了明确的方向。

本案例是国内首次利用国产全集成DNA快速检测系统进行检测的成功案例, 可为后续类似案件的处理提供参考借鉴。

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