國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)架構(gòu)與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用初探

俞麗娟 金秀文 蘇建富 顧芹蚯容 李英

1.公安部第一研究所2.海南省東方市公安局

引言

在法醫(yī)DNA日常檢驗(yàn)分析中，檢測(cè)平臺(tái)一般由測(cè)序儀和配套試劑耗材兩大部分構(gòu)成。一直以來(lái)，我國(guó)測(cè)序儀和配套試劑耗材均依賴國(guó)外進(jìn)口。自2006年，我國(guó)開(kāi)展了“法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究”，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)平臺(tái)的國(guó)產(chǎn)化，并迅速推廣應(yīng)用到多家公安機(jī)關(guān)DNA實(shí)驗(yàn)室。國(guó)產(chǎn)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)的研發(fā)成功，是我國(guó)法醫(yī)DNA檢驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破和創(chuàng)新，打破了國(guó)外產(chǎn)品單一供應(yīng)的格局，降低了我國(guó)公安科技工作對(duì)外依存度，改變了產(chǎn)品定價(jià)和供應(yīng)均受制于人的被動(dòng)局面，降低了DNA檢驗(yàn)和建庫(kù)成本，滿足了我國(guó)公安機(jī)關(guān)刑事案件DNA檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等工作的需要，對(duì)推動(dòng)公安科技進(jìn)步、降低DNA檢驗(yàn)成本起到了很重要的作用。

2015年，公安部第一研究所聯(lián)合公安部物證鑒定中心在全國(guó)共同建設(shè)5個(gè)國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)用示范基地。應(yīng)用示范基地的部署促進(jìn)了我國(guó)DNA相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供了我國(guó)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)、產(chǎn)品應(yīng)用及維護(hù)方面的全面解決方案。

2019年7月，海南省東方市公安局公共安全管理服務(wù)DNA實(shí)驗(yàn)室成為國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)用示范基地，建立集國(guó)產(chǎn)GA118-16A遺傳分析儀、軟件、16道毛細(xì)管、電泳凝膠及PCR試劑盒于一體的應(yīng)用基地。近一年來(lái)，檢驗(yàn)分析案件樣本和數(shù)據(jù)庫(kù)樣本約7500個(gè)，形成了技術(shù)服務(wù)、培訓(xùn)示范、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的自主創(chuàng)新全鏈條。

我國(guó)的常染色體DNA數(shù)據(jù)庫(kù)自開(kāi)始建立以來(lái)已經(jīng)在公安實(shí)際檢案中發(fā)揮了巨大作用，利用DNA數(shù)據(jù)庫(kù)破獲的案件以個(gè)體間的匹配為主。盡管當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)總量已超過(guò)3500萬(wàn)，但相對(duì)于違法犯罪人員所占比例及全國(guó)潛在犯罪人口而言，覆蓋率仍很低，依靠個(gè)體間匹配造成比中的效能相對(duì)低下。由于罪犯的男性比例較高，在DNA數(shù)據(jù)庫(kù)中增加Y染色體的男性家系遺傳特性及其比對(duì)功能，可在未來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展DNA數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，使其功能從個(gè)體覆蓋擴(kuò)展到家系覆蓋。伴隨Y數(shù)據(jù)庫(kù)在全國(guó)范圍內(nèi)的建立，Y-STR技術(shù)在案件偵破中發(fā)揮的作用越來(lái)越明顯[1]。

本文以國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)人員樣本Y染色體的檢測(cè)為例，根據(jù)分型結(jié)果及入庫(kù)率來(lái)評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用效果，進(jìn)而為國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)科學(xué)依據(jù)。

一、國(guó)產(chǎn)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)架構(gòu)組成

國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)是集國(guó)產(chǎn)GA118-16A遺傳分析儀、國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管陣列、國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠及配套設(shè)備于一體的應(yīng)用，其主要組成部分如下：

（一）國(guó)產(chǎn)GA118-16A遺傳分析儀

GA118-16A型遺傳分析儀主要包括：光學(xué)系統(tǒng)、全自動(dòng)三維進(jìn)樣器、全自動(dòng)注膠模塊、高壓電源、恒溫箱、嵌入式中央測(cè)控電路、各部件的驅(qū)動(dòng)與控制電路以及法醫(yī)DNA數(shù)據(jù)采集軟件。該遺傳分析儀可同時(shí)分析16個(gè)樣品，操作簡(jiǎn)單，可連續(xù)分析多達(dá)192個(gè)樣品。作為刑偵及司法鑒定等領(lǐng)域的重要儀器裝備，GA118-16A型遺傳分析儀呈現(xiàn)了可靠的DNA檢測(cè)數(shù)據(jù)，為司法公正及打擊犯罪提供了有力的支持和保障。

（二）國(guó)產(chǎn)16道毛細(xì)管陣列

毛細(xì)管電泳通常使用的毛細(xì)管內(nèi)徑為25～100μ m的彈性（聚酰亞胺）涂層熔融石英管。毛細(xì)管容積小、側(cè)面/截面積比大，因而散熱快、可承受高電場(chǎng)（100～1000V/cm）；可使用自由溶液、凝膠等為支持介質(zhì)；在溶液介質(zhì)下能產(chǎn)生平面形狀的電滲流。

毛細(xì)管電泳具備高效、快速（一般能夠在十幾分鐘內(nèi)完成DNA分離）、微量、經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)化程度較高。但其缺點(diǎn)是：制備及封裝技術(shù)復(fù)雜；毛細(xì)管直徑小，使用壽命有限；易產(chǎn)生電滲流進(jìn)而影響分離重現(xiàn)性。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，公安部第一研究所通過(guò)多年攻關(guān)，已基本掌握了毛細(xì)管陣列制備及封裝的關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的空白。

（三）國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠

國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠選用的是重均分子量（Mw）在200KDa左右的聚丙烯酰胺（LPA），既能很好的完成毛細(xì)管的自動(dòng)灌入、沖出的過(guò)程，又能保留了LPA分離率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。將其應(yīng)用在GA118-16A型遺傳分析儀上，能夠建立空間校正、光譜校正文件，并且能夠有效分離相差1bp的DNA片段，峰型尖銳、無(wú)雜峰、無(wú)拖尾、無(wú)丟峰現(xiàn)象，完全滿足DNA檢驗(yàn)需求。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）研究對(duì)象

GA118-16A遺傳分析儀、國(guó)產(chǎn)16道毛細(xì)管、國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠，均由公安部第一研究所研制。

（二）實(shí)驗(yàn)對(duì)象

3050份來(lái)自東方市數(shù)據(jù)庫(kù)人員血樣。

（三）試劑耗材

DNA TyperTMY29熒光STR復(fù)合擴(kuò)增試劑盒；16道毛細(xì)管、毛細(xì)管電泳凝膠。

（四）主要儀器

Life ECO基因擴(kuò)增儀；GA118-16A遺傳分析儀。

（五）實(shí)驗(yàn)方法

1.取樣擴(kuò)增

采用手持打孔器打取血卡0.5mm 1片至96孔樣品板。按DNA TyperTMY29試劑盒使用說(shuō)明書(shū)的比例，配制10 μl擴(kuò)增體系；推薦的PCR反應(yīng)條件進(jìn)行PCR擴(kuò)增。

2.電泳檢測(cè)

PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在GA118-16A遺傳分析儀上進(jìn)行電泳，STR分型結(jié)果利用FastSTR v1.0分析軟件進(jìn)行分析。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）電泳結(jié)果及入庫(kù)率

3050份血樣檢測(cè)結(jié)果：檢出3000份，峰型尖銳，無(wú)等位基因丟失；未檢出50份，入庫(kù)率達(dá)98.4%，如圖1所示。

（二）性能指標(biāo)

1.空間校正

空間校正結(jié)果如圖2所示，峰高均一，峰型尖銳，相鄰峰的間距及半峰寬均在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

2.光譜校正

光譜校正結(jié)果如圖3所示，DNATyper熒光標(biāo)準(zhǔn)物5D（T5）的五種不同熒光的DNA片段可很好的分離；16根毛細(xì)管全部通過(guò)且質(zhì)量數(shù)Q值均≥0.95。

3.STR檢測(cè)

Typer 500峰型尖銳、無(wú)拖尾現(xiàn)象，分離度好，如圖4所示。

四、結(jié)論

本文利用國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)包括測(cè)序儀和配套毛細(xì)管、電泳凝膠對(duì)3050份人員血樣進(jìn)行Y-STR檢測(cè)及入庫(kù)，檢出3000份，入庫(kù)成功率達(dá)98.4%，且獲得的STR分型準(zhǔn)確、峰型尖銳、無(wú)等位基因丟失。

（一）國(guó)產(chǎn)GA118-16A遺傳分析儀

GA118-16A型遺傳分析儀面板采用觸摸方式，便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作人員單手使用；軟件平臺(tái)采用全中文界面，軟件操作菜單及工具欄的功能清晰明確，主要功能采用圖形界面顯示，簡(jiǎn)潔直觀；有DNA檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的人員經(jīng)簡(jiǎn)單示范即可立即學(xué)會(huì)操作。同時(shí)，歷史數(shù)據(jù)查看方便，儀器保留每一次檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括DNA檢測(cè)譜圖和當(dāng)時(shí)的儀器運(yùn)行參數(shù)，為使用人員進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程追溯提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)參考。此外，儀器維護(hù)方便，維護(hù)人員不需具備長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)。軟件界面上設(shè)有中文維護(hù)向?qū)В勒障驅(qū)В鼡Q毛細(xì)管、排凝膠氣泡等常規(guī)維護(hù)操作無(wú)需查看說(shuō)明書(shū)即可順利完成[2]。

（二）國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管陣列

毛細(xì)管陣列是DNA檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵耗材，其工作性能直接影響著檢驗(yàn)的成敗。進(jìn)口耗材的價(jià)格昂貴，造成了很多基層公安采購(gòu)消耗材料的沉重負(fù)擔(dān)，也在一定程度上限制了我國(guó)DNA檢驗(yàn)技術(shù)的普及應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管陣列的研制成功，降低使用成本的同時(shí)具有極高的分辨能力，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足法醫(yī)DNA檢驗(yàn)的需求，更適于我國(guó)基層公安DNA檢驗(yàn)的日常使用，更有利于我國(guó)DNA檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展[3]。

（三）國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠

電泳凝膠是毛細(xì)管電泳的重要組成部分，其種類、結(jié)構(gòu)、分子量等參數(shù)對(duì)生物分子的分離結(jié)果有重大影響。當(dāng)前我國(guó)法醫(yī)遺傳學(xué)研究和辦案都采用的是國(guó)外公司的凝膠，其制備工藝精良，產(chǎn)物純度高，篩分性能好，但其價(jià)格昂貴，不利于我國(guó)DNA數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)以及DNA相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)產(chǎn)毛細(xì)管電泳凝膠的研究，能夠建立空間校正、光譜校正文件，并且能夠有效分離相差1bp的DNA片段，峰型尖銳、無(wú)雜峰、無(wú)拖尾、無(wú)丟峰現(xiàn)象，完全滿足DNA檢驗(yàn)需求[4]。

上述檢測(cè)結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA測(cè)序儀和配套毛細(xì)管、電泳凝膠不僅大大降低了基層公安的使用成本，而且具備分型準(zhǔn)確、檢出率較高、穩(wěn)定、均一等性能，在法醫(yī)DNA檢驗(yàn)中具有良好的應(yīng)用前景。

五、展望

隨著國(guó)產(chǎn)法醫(yī)DNA專用檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)用示范基地的運(yùn)行及推廣，國(guó)產(chǎn)DNA檢測(cè)設(shè)備、試劑耗材得到了越來(lái)越多DNA技術(shù)人員的認(rèn)可，同時(shí)更有效的在實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)中被運(yùn)用起來(lái)，發(fā)揮著重要的技術(shù)保障作用。隨著我國(guó)法醫(yī)DNA檢驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)DNA檢驗(yàn)設(shè)備也不斷優(yōu)化升級(jí)、更新?lián)Q代，緊隨當(dāng)下DNA檢驗(yàn)需求的步伐，為我國(guó)法醫(yī)DNA檢驗(yàn)領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。