法医学进展与实践(第二卷) Advances & Practices in Forensic Medicine 2

 

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法医DNA分型的进展与挑战
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侯一平
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华西医科大学法医学院
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英国科学家Jeffreys建立的DNA指纹分型技术(DNA Fingerprinting)克服了传统法医物证检验鉴别机率低
的缺陷,使法医学个人识别和亲子鉴定实现了从排除到高概率认定的飞跃,标志着法医物证检验技术
新纪元的开始。然而,DNA分型技术作为一种崭新的科技手段应用于法庭审判,在世界各国引起了
巨大的争论与关注。DNA分析结果是否能作为证据,关键在于DNA相配概率的计算和DNA分型技术
的标准化。通过各国法医学家的努力, 已经取得了可喜的成果。
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一、法医DNA分型技术的进展

在人类基因组中,存在序列变异和长度变异两大类DNA多态性,这些DNA多态性位点作为遗传标记,可
用于法医DNA个人识别和亲子鉴定。近年来,采用不同的核酸分析技术检测DNA遗传标记取得了巨大
的进展。在序列多态性方面,发展了变性梯度凝胶(DGGE)、单链构象多态性(SSCP)和异源双链分析等
检测点突变的技术。测序技术由手动测序发展为全自动激光荧光测序。在长度多态性方面,由多基因
座探针系统发展成为单基因座探针系统。随着多聚酶链反应技术的普遍使用,越来越多的法医DNA实
验室采用了扩增片段长度多态性技术(表1)。
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表1. DNA长度多态性分类
限制性片段长度多态性 扩增片段长度多态性
多基因座探针 单基因座探针 多聚酶链反应(PCR)
DNA指纹 DNA纹印 可变数目串联重复 短串联重复
DNA Fingerprint DNA Profile VNTR STR
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值得一提的是, 短串联重复序列(short tandem repeats, 简称STR)是近年来发现的、广泛存在于人类
基因组的一类具有长度多态性的DNA序列。它们一般由2~6个碱基构成一个核心序列,核心序列
在长度上呈串联重复排列,主要由核心序列拷贝数目的变化产生长度多态性。一般认为,人类基因
组平均每6~10kb就有一个STR基因座。由于它们在基因组中广泛存在并具有多态性,STR是基因组
物理图谱绘制和遗传连锁分析的理想标记,多态性STR为法医个人识别和亲子鉴定提供了高信息基
因座的丰富来源。与由限制性片段长度多态性构建的DNA指纹相比,应用多聚酶链反应技术(PCR)
扩增STR基因座产生的DNA纹印灵敏度要高得多。由于STR的PCR扩增片段较短(100~300bp),对
于法医常见的仅含降解DNA的陈旧生物斑痕,扩增STR比限制性片段长度多态性分析更容易成功。
1992年,英国科学家成功地应用STR鉴定了俄国沙皇遗骨(表2),标志着继DNA指纹之后,法医
DNA分析技术又取得了新的突破。STR基因座的PCR分型是目前国内外法医个人识别和亲子鉴定主
要的技术发展方向。
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表2. 俄国沙皇遗骨鉴定
骨骼 HUMVWA HUMTH01 HUMF13A1 HUMFES
小孩1 15,16 8,10 5,7 12,13
沙皇 15,16 7,10 7,7 12,12
小孩2 15,16 7,8 5,7 12,13
小孩3 15,16 8,10 3,7 12,13
皇后 15,16 8,8 3,5 12,13
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二、DNA指纹正在被淘汰

DNA指纹分析方法被称为实现了法医物证检验从只能排除到可以认定的飞跃。许多文献常常把其他
DNA分析技术作为DNA指纹分析的筛选实验,其理由是这些技术不像DNA指纹那样可以认定。显然,
人们对于DNA指纹认定产生了误解,有必要澄清。

首先,包括DNA指纹在内的任何遗传标记检测技术,应用于法医个人识别和亲子鉴定时,其遗传学和统计
学理论基础都是相同的。所谓DNA指纹的认定,只是在一个比传统遗传标记更高的概率水平上的认定。
其次, 以多位点探针技术为核心的DNA指纹分析方法,由于无法确定每条带的染色体定位以及各位点之
间的独立性,其概率计算依据至今仍有争论。加之,DNA指纹分析在分型标准化方面的困难和对检材需
求量的苛求,至今难以克服。因此,在法医物证检验时,许多国家已不再使用多位点探针为核心的DNA指
纹分析技术。

当前,大多数国家采用了以单位点多态性为基础的DNA分析技术,在于这些遗传标记具有大量的等位基
因及基因型,使法医遗传学研究者能区别群体中的不同个体。实践中,联合使用多个遗传标记可以产
生数以百万计的基因型组合,而每一种组合在群体中出现的频率都是非常低的。这些单位点遗传标记
的联合应用,不仅实现了法医物证检验高概率的认定,也为法医DNA分型技术的标准化铺平了道路。
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三、DNA相配概率的争论

法医学涉及DNA纹印最大的争论是两个样本相配概率的计算。因为构成DNA纹印的VNTR或STR是高
度多态的,每个基因座都具有大量的基因型,每一种基因型在群体中出现的频率非常低。正如
Chakraborty等已讨论过的那样,这种性质使直接精确估计DNA纹印频率非常困难,并且越多态这种
困难就越大。因此,遗传学研究者通常假设DNA纹印的每个VNTR或STR基因座都处于Hardy-Weinberg
平衡,这些基因座彼此相互独立(连锁平衡)。用VNTR或STR的等位基因频率按概率乘法定律来估
计DNA纹印频率。这里存在一个明显的争议,即由群体抽样构成的数据库是否的确来自单一的随机
交配群体。一些学者,如Lewontin和Hart认为不是,他们认为数据库是由许多相互有区别的亚群构成,
亚群结构对相配概率的统计学效应有严重影响。

1992年,美国国家科学协会的国家研究委员会(the National Research Council of American's National Academy
of  Sciences)发表了一份报告“法医学中的DNA技术”。报告声称就DNA纹印频率而言,从一个主
要人种的亚群结构产生的数据库与由总体产生的数据库有很大不同,因为一个种族内亚群的不同可能
比种族间的不同更大。因此,估计DNA纹印频率时,应当使用一个上限理论(ceiling principle)。然而,
这份报告在美国受到了来自各方面的批评,一些专家认为,这份报告是一种模棱两可的结论,争论的任何
一方都可引用报告中有利于自己的条款。同时,国际法医血液遗传学会DNA委员会(the DNA Commission
of the International Society for Forensic Haemogenetics ) 对此也提出了挑战,他们认为等位基因频率不同
对估计DNA纹印频率并没有显著性影响,DNA纹印频率的最大不同出现在种族间而不是种族内, 尚没有证据表明应用上限理论是必要的。

在总结几年来的争论和听取了各方面的意见之后, 美国国家科学协会的国家研究委员会于1997年
再次发表了一份“法医学中DNA技术的修订报告”。对争论中的问题提出了新的建议。
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四、法医DNA分型技术的标准化与质量控制

随着人们对DNA技术认识的不断深入,法医DNA分型技术必须实现标准化已成为国内外法医学者们的
共识。以亲子鉴定为例,没有实现DNA分型技术标准化时,不同实验室采用不同的方法、不同的遗传标
记,用不同的概率水平解释鉴定结果,常常产生的问题是:甲单位鉴定结论为当事人有亲缘关系,而
乙单位鉴定结论却是当事人无亲缘关系。由于各实验室间的分析结果不能相互比较,无法判断哪一个
单位鉴定结果正确;排除父权时缺乏对突变率的合理考虑,肯定父权时对父权概率的计算与评估尚有
待完善,鉴定结论潜在有错误。不仅给审判工作带来了巨大困难,也使当事人蒙受了不必要的精神压
力和经济压力,极不利于社会的稳定,迫切需要实现实验室间遗传标记分析结果的可比性和一致性,
为鉴定提供真正的科学证据。

认识到法医DNA分型技术标准化的重要性,国外学者已经提出了许多方案,如美国DNA分析方法技术
工作组(Technical Working Group on DNA Analysis Methods,TWGDAM)于1989年、1990年、1991年、
1993年、1995年提出了一系列法医DNA分型标准化方案和质量控制指南; 国际法医血液遗传学会
(International of Societyfor Forensic Haemogenetics,ISFH)于1989年、1991年、1992年和1995年提出
的一系列DNA分型技术建议;美国血库协会(American Association of Blood Banks,AABB)于1994年
起实施的亲子鉴定技术标准(Standards for Parentage Testing Laboratories);英语国家为评估亲子
鉴定质量而召开的年度工作会议(Paternity Testing Workshops of the English Speaking Working Group);美国病理学家协会实施的亲子鉴定熟练性监督方案(The Parentage Testing Proficiency Survey
Program of the Collegeof American Pathologists)以及德国法医学会(German Society of Legal Medicine)每年组织的遗传标记分型质量评估会议。
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作者1992年~1993年,1995年~1996年在德国工作期间,参加了德国法医学会组织的法医DNA分型技术
标准化会议和实验室间盲测样本的考核。以此作为参考,提出了适合我国国情的法医DNA分型实验室
的基本质量控制策略,以确保DNA分型质量和实验室数据的完整性。本策略的核心包括遗传标记检:
测方法的可靠性、实验室内部质量控制和熟练程度检验。

1.遗传标记检测方法的可靠性

新的法医DNA遗传标记将经历逐步证实过程,实验室选择遗传标记时应确保检测方法的可靠性、准
确性、精度和可重复性。
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基因座定义和具有的特征已有文献报道。
种属特异性,灵敏性,稳定性研究已实施。 有可供使用的群体遗传数据。群体遗传数据包括从有关人群中获得的该基因座等位基因与基因型分
布数据。数据应经历独立性检验。
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2.实验室内部质量控制
实验室应该用标准化技术和合适的办法监控分析过程, 每年检查自己的DNA分型程序,随着DNA分型技术的发展不断将其充实完善。
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用限制性片段长度多态性技术检案时
应有标准方法测定提取的DNA含量;
用K562作为人类DNA分型对照;
应用分子量标准物以估计样本分子量;
应有措施保证限制酶消化的完全性。
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用PCR 技术检案时:
应有标准方法测定提取的DNA含量;
扩增的阳性和阴性对照;
试剂空白对照;
人类可变数目串联重复序列等位基因标准物,或者检测系统内部的分子量标准物。
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3.熟练程度检验
用熟练程度考核样本监控实验室的质量。内部熟练程度检验在实验室内部进行,外部熟练程度检验
在实验室间进行。评估熟练程度的最低标准包括:
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在不排除的案件中, 检测结果正确或不正确的例数;
在排除的案件中, 检测结果正确或不正确的例数;
所有检案中, 基因型或表型检测结果正确或不正确的例数;
所有检案中, 根据实验室现有操作程序, 检测结果不能确定或不能解释的例数。
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