新一代測序

阿碧

對法醫來說，這是一個令人難以置信的年代。一些巨大的改變正在所有的實驗室中發生，其中很多改變是新一代測序帶來的。擁抱這種變化，對法醫學的成長和發展至關重要。盡管目前大多數法醫實驗室沒有使用新一代測序，但是這種分析方法終將有一天成為法醫實驗室的經典分析手段。

什么是新一代測序

基因測序能夠通過血液、唾液、精液、頭發等樣品分析測定一個人的基因序列，從而分析個體的相關特征。在醫學領域，基因測序可以用來預測疾病，比如癌癥、白血病等。在運動員選拔中，基因測序甚至可以用來預測運動天賦。在法醫實驗室，基因測序可用于分析案發現場的相關基因痕跡，判斷受害者和嫌疑人的身體特征。目前，基因測序相關產品和技術已由實驗室研究演變到臨床使用，可以說基因測序技術是一種正在改變世界的高新技術。

1975年，英國生物學家桑格（1958年及1980年諾貝爾化學獎獲得者），發展出一種稱為“鏈終止法”的技術來測定基因序列，這種方法也稱作“雙去氧終止法”或是“桑格法”。兩年之后，他利用此技術成功定序出一種噬菌體的基因組序列。這也是首次完整的基因組定序工作。他所發明的技術比起當時其他方法使用了較不具毒性的材料，主要步驟如下：先進行聚合酶鏈式反應（PCR），利用DNA引子和DNA聚合酶使DNA鏈得以展開復制，再利用雙去氧核苷酸來終止DNA鏈的合成。

在桑格發明基因測序之后的30年時間里，他的方法成為了一種常用和經典的方法。然而，隨著人類基因組計劃的完成，科學家發現要用這種方法來檢測全基因組則困難重重，主要是因為這種方法成本高、速度慢。因此，研究人員需要一些更為廉價、便捷且快速的基因測序方法。于是，研究人員逐步發展出新一代測序（英文名稱為Next Generation Sequencing，以下簡稱NGS）。NGS并非單一的技術，而是多種先進的基因測序技術的統稱，其中包括第二代和第三代基因測序。第二代基因測序包括從頭測序、全基因組測序、外顯子測序、目標區域測序、宏基因組測序等。第三代基因測序則包括單分子DNA測序、實時DNA測序、單分子納米孔DNA測序等。

NGS的優勢

法醫分析的重要特征是從有限信息中得到優質的結果。在法醫DNA分析中，需要有效、優質、準確的分析結果，而這些DNA證據往往來自凌亂的犯罪現場，那里往往只存在少量甚至微量、受損的、質量較差的DNA樣品。NGS技術讓法醫能夠從極少量的DNA樣品中獲得更高質量的結果。

NGS技術不但快速、高效、準確，而且能便于不同法醫實驗室進行溝通和交流。在傳統的DNA分析中，不同的法醫實驗室檢測結果有所差異，甚至可能得出相反的結論，這是傳統DNA分析受人詬病的重要原因。例如，如果一個實驗室使用13個基因位點，而另一個實驗室使用不同的20個基因位點，那么結果就無法輕松比較或用于鑒定嫌疑犯。而NGS分析更為法醫帶來更多的基因位點，能夠覆蓋整個法醫學范圍，這樣大家的檢測結果會比較一致，能讓不同的法醫實驗室能夠更好地溝通，讓法醫DNA分析更具權威性。

傳統的DNA分析法一次只能檢測一個樣本，而NGS技術一次能分析多個樣本，大大減輕了法醫的工作負擔，讓法醫有精力去開發更好的分析技術。在傳統的分析中，每個基因位點分析系統的試劑盒要進行單獨分析。NGS的好處在于所有基因位點都能以同一方式處理，使用相同試劑來獲得結果。一次了解所有基因位點將使得大規模搜索變得更為便捷。當嫌疑人的DNA圖譜不能直接匹配時，法醫使用這種技術在已定罪的重犯DNA數據庫中搜索證據。為了找到調查線索的潛在證據來源，法醫還可利用NGS對嫌疑人的家族進行大規模的基因分析，找到和嫌疑人最具親緣關系的親屬。

NGS的用途

NGS技術可以用于刑事案件的DNA檢測。從20世紀80年代開始，法醫實驗室就開始使用DNA檢測來幫助破解之前無法解決的刑事案件。由于法醫DNA分析可用來排除可疑人員，它已經成為一種不可或缺的工具。在刑事案件中，一些DNA證據很小，比如唾液和精斑，還有一些樣本還要多次使用，靠傳統的測序方法很難有所收獲。利用NGS則可以獲取盡可能多的基因信息。

如今，犯罪分析刑事案件中的NGS技術主要包括常染色體短串聯重復序列（STR）分析、線粒體DNA（mtDNA）測序、男性Y染色體短串聯重復序列分析（Y-STR）以及單核苷酸多態性（SNP）。舉例來說，在強奸案的偵破中，常用Y-STR，這是法醫對精子的一種DNA檢測手段。Y-STR基因座是位于男性Y染色體上的人類多態性STR位點，一般情況下，只有男性個體才有Y染色體，因此，Y- STR具有男性遺傳，男性特異性的特點。Y- STR既可作為性別鑒定的依據，同時在法醫學精斑及混合斑檢驗中發揮著重要作用。

NGS技術可以協助分析死亡的原因或方式。在美國一個看似離奇的案例中，一名13天大的新生兒離奇死亡，法醫檢測結果竟然是死于嗎啡中毒。奇特的是，新生兒的父母都沒有吸毒史，相關的近親也沒有吸毒史。難道是新生兒的父母有什么仇家，要用毒品來害死這個可憐的孩子？法醫檢測的結果是，毒品來自新生兒目前的奶汁，然而，沒有任何證據證明這位母親吸毒。經過NGS分析才真相大白：對這位母親的基因分析發現，她具有超級代謝嗎啡的先天能力，能把可待因（麻醉劑）高效地轉化為嗎啡，其轉化能力是普通人若干倍。她在醫院接受剖腹產時注射了可待因，她將這種麻醉劑轉化為嗎啡儲存在了身體內，新生兒吃了這種富含嗎啡的奶汁后中毒身亡。

NGS還為DNA數據庫樣本的高效利用提供了機會，從而讓執法人員能更快地鑒定出在逃的犯罪嫌疑人，并利用DNA圖譜分析關聯法醫案件。國際數據庫已經收集了數百萬張DNA圖譜。它們協助執法機構鑒定肇事者的身份，關聯多個犯罪現場，并處理失蹤人口的案件。全世界的DNA數據庫利用聚合酶鏈式反應（PCR）以及基于熒光的長度檢測來分析這些DNA樣本。這種PCR技術已經使用了近20年，幾乎不曾改變。隨著NGS的出現，實驗室如今有了更多的選擇來產生高質量的法醫DNA圖譜。這種一體化的流程能幫助實驗室更加高效地分析相關樣本的信息。

編輯：劉雨濛 lymjcfy@163.com