从千里抓凶到遗骸鉴定,屡立奇功的DNA分析技术

作者: 游文娟

来源: 世界科学

发布日期: 2020-03-03

本文介绍了DNA分析技术的发展历程及其在破案中的应用,特别是如何通过DNA技术解决了裴多菲遗骸鉴定的难题。文章还提到李成涛教授及其团队在此领域的贡献,以及未来DNA鉴定技术面临的挑战。

一周多前,南京警方确认了28年前的南医大女生遇害案的嫌犯,这是DNA分析技术立下的又一个奇功。那么,它到底是个什么样的技术呢?

2020年2月23日,南京警方确认现年54岁麻某钢为“1992.03.24”重大杀人案(南医大女生遇害案)的嫌犯。这不是第一次利用DNA分析技术破获数十年前的悬案了。2016年8月26日,隐秘于世间的连环杀手,52岁的高承勇在白银市工业学校内的小卖部被捕归案。

这一引起巨大社会恐慌的“白银市连环杀人案”,28年后终于尘埃落定。2018年4月24日晚,72岁的美国退休警察迪安杰洛(Joseph James DeAngelo Jr.)落网,他是一桩尘封40年冷案的元凶,被称为“金州杀手”。

DNA分析技术在破解很多沉寂多年案子中都立下奇功,那么它到底是个什么样的技术呢?

从DNA分析技术的鼻祖说起,五十年前的法医科学家一般通过血液、骨头、声波和指纹鉴定罪犯和受害者,这些类鉴定方式都比较粗糙,即使是当时所谓物证之首的指纹鉴定,也很难将鉴定对象与其他所有人鉴别开来。做出毫无争议的身份鉴定在那个时期看起来就像天方夜谭,直到20世纪80年代,“DNA指纹”技术的诞生和发展才得以让“夜谭”进入现实。

每个人都携带自身独特的DNA,这种由脱氧核苷酸组成的大分子聚合物的大部分组分是相同的,小部分是不同的。在这个小部分区域里,某些片段会发生变化。研究人员发现,A某在这个区段的变化和B某在这个区段的变化是不一样的。那么如果把这些变化找出来,区分A某和B某不就有了可能?

英国研究人员阿莱克·杰弗里(Alec Jeffrey)等人也是这么想的。

1983年,杰弗里发现一个现象,即某条DNA的高变区段里似乎都有一段相同的碱基序列。1984年,他想到了一个利用这段特别碱基的招数,他准备用它作诱饵(探针)来“钓鱼”,而“鱼”就是DNA。结果,他看到了一个图谱,有点类似商品上印的条形码,而且,不同人的DNA,检测得到的图谱深浅条带不相同。杰弗里将这个技术称为“DNA指纹”技术。

这个技术很快就派上了用场,杰弗里等人利用了父母和孩子具有显示相似DNA图谱的现象,解决了一个亲子鉴定争议。1985年,杰弗里优化了他的检测方法,并于当年5月在一起移民案件中,首次把DNA检测技术的威力用在了法医学领域。

1983年,一个年仅十几岁的小姑娘琳达·曼恩(Lynda Mann)被奸杀,1986年,附近又发生了一起类似奸杀案,警方怀疑是同一人所为,并怀疑是当地某位年轻人所为。但是杰弗里检测血液DNA后排除了这位年轻人的作案嫌疑。1987年,警方通过当地男性居民血样排查,终于找到了和精液DNA匹配的凶手。此后,警方和法医界将这一检查方法视若定案神器,其他很多国家陆续采用了这个方法。

虽然杰弗里的DNA检测方法仍有很多不足,比如,对样本完整度要求高,样本量需求大,检测耗时长(需要数天),还不能自动化处理等。1985年,美国化学家凯利·穆利斯(Kary Banks Mullis)发明了DNA体外扩增技术(又称聚合酶链式反应,PCR),该技术厉害之处在于,它可以把很少量的DNA分子在实验条件下扩增出很大的量,这就为后续分析提供足够多的样本提供可能。

无论是古生物化石,抑或是历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点儿的DNA,就能用PCR加以扩增放大,以便研究人员比对分析。这项技术的发明,使得微量证据分析成为可能。正因为该技术对人类的贡献之大,所以其发明者穆利斯于1993年获得了诺贝尔化学奖。

1988年,有人发现人类DNA上存在一些“调皮”的特征片段,该片段的“调皮”之处在于:片段短(碱基少),重复次数高,而且个体之间有差异。研究人员将其称为短串联重复序列(STRs),最令他们欣喜的是,这种特征在人类DNA中具有普遍性,且在特定区域里呈现出一定的重复规律。结合PCR技术,通过STR序列进行分析,克服了DNA指纹技术的一些不足。

总之,DNA鉴定技术朝更容易、更高效、更精准的方向发展着,包括之后发展出的基于DNA链上单核苷酸多态性的SNP技术,以及基于双亲等位基因差异的插入缺失性标记的InDel技术等。

虽然DNA鉴定技术协助破解了很多案子,发挥了关键生物学证据的作用,但利用该技术破案的过程并非轻而易举。有这样一个国际难题摆在了我国司鉴院李成涛教授领衔的项目组面前:裴多菲160年遗骸鉴定。

裴多菲(Petöfi Sándor)是著名的匈牙利诗人,在1848年匈牙利爆发革命期间,裴多菲作为革命领导人投身战役之后失踪。关于他的生死之谜流传着多种版本。1989年,匈牙利组织了一支专业考察队,他们在西伯利亚挖掘到了疑似裴多菲遗体的一具骸骨。

虽然随队而去的人类学家经过20多项人类学证据比对,认为这具遗骸就属于裴多菲,但他们始终没能获得最直接的生物学证据,即DNA证据。为此,匈牙利裴多菲委员会曾委托包括美国、瑞士等国家的多家鉴定机构做过DNA鉴定,但始终没有得到理想的鉴定结果。

最终,匈牙利裴多菲委员会选择委托司法部司鉴院进行鉴定,送检来的样本分别是取自遗骸的一小段腿骨以及两份裴多菲姨妈家族后代的女性血液。李成涛领导项目组进行了一系列的技术攻关,最终得出最终检验结果提示:送检腿骨与血样间具有较近的生物学关系。这一鉴定意见在客观上支持了该腿骨大概率属于裴多菲本人这一判定。

李成涛研究团队的科研使命已不止于克服技术难题本身,还致力于把技术转化成国家标准、行业标准来向社会共享。他们推出了12个行业标准,其中一个行业标准已经转化为国家标准,我国首个亲子鉴定标准——《亲权鉴定技术规范》就是由李成涛团队推出的行业标准转化而成。

李成涛表示,得益于基因测序技术的发展,以前解决不了的问题,现在很多都能解决了,但亲缘关系鉴定方面,仍有一些待克服的难题。未来一段时间,李成涛将带领研究团队致力于解决混合样本的国际DNA鉴定难题,以及高某案件中的半同胞鉴定技术也即将转化形成行业标准。

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