DNA的特性及应用/兰绍江
作者:法律资料网
时间:2024-07-12 04:51:36
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《DNA的特性及应用》
关键词：DNA 法医物证
一
在刑事案件的侦破工作中，常常要检验血痕、精斑、唾液等现场遗留物的血型物质是哪个种属，并同嫌疑人进行对照、比较，确认异同。这种血型鉴定是法医物证检验中最常用的技术手段。
最早意义上的血型仅指血红细胞表面抗原的四种类型(A、B、AB、O)。当今血型检验的系统己经大大扩展，可以在刑事技术部门实际应用的血斑检验系统15-20个，精班检验系统5一6个(均含血型、血清型和酶型系统)。譬如，设在伦敦的国际刑警组织实验室常规检验血液项目为13项，检验精液项目为5项，因而排除嫌疑的比率明显增大。但是，各检验项目的联合排除率并不等于各项目独立排除率的简单相加，而是:P=l-l（l-P1）(l-P2)…… (l-Pn)。其中，Pl、P2……Pn分别代表各独立血型系统的排除率，P为联合排除率。从理论上可以看出，尽管检验项目扩展，但最终不能达到同一认定的目的。而DNA检验技术，则解决了这个关键问题。
法医物证的DNA检验技术是本世纪80年代中期才开始研究和应用的，它借助了新兴的"分子生物学"和"遗传工程学"的理论与技术。早在19世纪60年代，奥地利遗传学家孟德尔在运用数学方法对植物遗传性状进行多年分析研究的基础上，提出了著名的孟德尔遗传定律，预言了遗传因子的存在。到20世纪40年代，美国学者艾弗里等人证明了遗传因子就是脱氧核糖核酸。1953年，美国生物学家沃森(Jams Watson)和英国物理学家克里克(Francis Crick)发现并提出了DNA分子的双螺旋结构理论与碱基配对原则，开创了分子生物学。1989年，美国科学家用"扫描隧道显微镜"直接观察到了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。1990年，我国青年科学家白春礼用自己研制的"扫描隧道显微镜"首次观察到人们尚未认知的三链状脱氧核糖核酸，为生命信息研究又辟新途。在60年代，经过许多科学家的共同努力，破译了遗传物质中的全部密码，使人类对遗传物质的认识进入了新的阶段；1973至1974年，美国斯坦福大学的科恩博士在实验室运用重组DNA的方法，改变了生物的遗传信息，也改变了生物的遗传性状，开创了遗传工程学。1985年，英国莱斯特大学三名遗传学家亚历克·杰费里斯(Alec Jeffroys)、彼得·吉尔(Peter Gil1)、戴维·沃雷特发现每个人的DNA分子中，碱基的排列都是独特的。事实上，除了同卵双生子的DNA结构有相同的可能性之外，没有任何两个人存在相同的DNA。这一重大发现立刻引起法医学界的高度重视，各国纷纷投向这一领域的研究。英国首先在移民纠纷中应用DNA检验手段确认母子亲缘关系。
二
DNA是脱氧核糖核酸的英文(DoXyribo Nucleic Acid)缩写。它是在生物细胞核中普遍存在的大分子聚合物。它具有"自我复制"及"互补合成RNA(核糖核酸)"二项功能，使生物体的遗传性状得以在新生体上体现，因而被称为"遗传基因"。DNA的化学组成包括磷酸(P)、脱氧核糖(S)和四种含氮碱基:腺嘌呤脱氧核苷酸(dAmp)、鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGmp)、胞嘧啶脱氧核苷酸(dCmp)、胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTmp)。DNA的分子结构为两条平行但方向相反的多个核苷背酸聚合长链，围绕一个中心轴相对旋转成双螺旋状(见图一)
每条长链的外侧排列着磷(P)和脱氧核糖(S)，内侧排列的四种碱基依照A=T、T=A、G=C、C=G的对应关系由氢键连接，使双链成一整体。在不同的DNA分子中，S与P的排列结构是相同的(一S一P一S一P一)，但碱基的排列顺序不同。DNA分子中的碱基虽只四种，但由氢键连接的碱基对的数目少则几千，多则数万，组成极多的不同排列顺序。这就构成了DNA分子结构的多样性，从理论上解决了同一认定问题。
DNA分子的复杂结构具有三个重要特性:(1)人各不同;(2)终生不变;(3)同一人体各不同部位细胞中的DNA结构相同。法医物证检验正是利用了这些可贵特性，依据摄取的DNA结构图谱进行个体识别。这同利用指纹进行个体别的准确性相同，因而又被称为"DNA遗传指纹图谱"。
三
目前，各国专家一般采用化学方法分离DNA，再用特殊的DNA探针检验，可以获得代表每个人独特基因组的DNA图谱。其程序包括七个环节:
1、提取。先将DNA从检材细胞核中提取出来。不同检材的性质不同，提取和纯化DNA的方法也不完全相同。如对精液与阴道分泌物混合的检材:先裂解、洗涤，清除女性物质后，获得纯精子，再裂解取出DNA.
2、酶解。由特定的限制性内切酶裂解DNA分子长链。由于每个人DNA分子中碱基排列呈现多样性，所以酶切碱基后，就获得在数量和长度上体现个体差异的若干DNA片段。
3、电泳。琼脂糖凝胶是一层充满网孔的胶状物，在电泳时，其一端为正极，另一端为
负极。DNA片段带负电，当将它加在凝胶负极板后，就会向正极缓慢泳动，泳动速度和距
离取决于片段长度大小。经过一段时间，DNA片段按长短顺序排列开来。
4、转移。经电泳展开的DNA片段通过吸印或真空转移法，转移并固定到硝酸纤维素
膜或尼龙膜上。
5、探针标记与杂交。所谓探针标记，就是使用专门的特殊试剂，经过特定的反应，在不破坏DNA排列结构的前提下，使DNA片段能产生放射线(同位素探针)，或显色发光(非同
位素探针)，从而可以识别DNA片段。
标记好的探针需与附着有DNA片段的转移膜温育，才能结合，这个过程叫"杂交"。杂交后清洗未结合的多余探针。
6、显影。将杂交好的膜与X光感光片重合放在暗盒内感光，再经显影、定影，即得到
DNA图谱。
7、检验。将检材DNA图谱与嫌疑样本DNA图谱进行谱带比较。一般若有15条以上谱带相同，又不存在差异(不吻合谱带)，则可做认定结论。但现场检材会由于各种客观原因，使DNA图谱不完整，所以用15条以上谱带完全吻合为标准是不现实的。据观察统计:每个个体平均具有的谱带数16·8条，两个不相关的个体间具有一条相同谱带的概率为0·21，具有二条相同谱带的概率为(0·21)2，如果现场检材DNA图谱有5条以上谱带与样本吻合，则个人认定的准确率达到99.96%以上。这时，如果没有发现其他差异点，可以作认定结论。如果检材的谱带在5条以下，即使全能与样本吻合，亦只能做可能性(或然)认定。如果检材与样本的谱带不同，则做否定结论
四
DNA检验在刑事案件侦破工作中的意义包括:
(1)在强奸及轮奸案件中，依据精细胞DNA认定犯罪人。在轮奸案件中，几个人的精液混合后的分离技术，目前并没解决，因而血型鉴定的难度很大。但DNA检验可以解决这个难题:将所有嫌疑人的精液或血液样本采来与现场检材比对，如果嫌疑人中的确有犯罪分子，则必然会认定其一，同时又不能籍以否定其他人。
(2)在碎尸案件中收集到的尸块组织，以DNA检验来判定是否为同一人。
(3)按遗传规律，亲子的DNA分别继承其双亲。如果孩子DNA图谱有一半与母亲相同，另一半与嫌疑父亲相同，则认定其为生父。因此，DNA检验对于拐卖儿童、强奸致孕等案件中的生父认定，具有极重要意义，这也是目前国际上认可、且不能为其他方法替代的手段。
(4)在杀人案件中，从现场血液或血痕DNA图谱认定犯罪人，或确认为受害人所留。
(5)在无名尸案件中认定身源。对面目全非，其他方法无法辩认的尸块，可以通过DNA检验与失踪人(受害嫌疑人)的父母的DNA图谱对照，确认身源。
(6)其他。如若干起强奸案通过精斑DNA检验进行并案;在移民争端中进行血缘关系的审查;在汽车肇事案中对车辆上附着的人体组织进行检验等。
此外，加拿大专家应用Y一染色体特异性DNA探针可以将不同性别的人血加以区分;又用重复序列DNA探针将人血和动物血进行区分。各国专家认为，DNA技术开创了法医物证检验的崭新天地，是法医生物学发展的方向。
五
由于DNA分子在外界环境的影响下会发生降解作用，减少其谱带数量，所以对检材和样本的提取有较严格的要求，一般以人脑组织、深层肌肉组织和液体血为佳。
①在强奸案件中，提取现场精斑、混合斑为检材。如果是轮奸案，应尽量多收集现场各
不同部位的精斑并分别记录和保存，减少不同人精液混合的概率。
②在奸杀案件中，提取精斑和阴道擦拭棉球为检材，取受害人脑组织或深层肌肉为样本，以备与嫌疑人和受害人分别作鉴别区分。
③在碎尸案中，如需认定不同尸块是否为同一人时，按DNA降解的难易顺序(脑、深层肌、心、肺、脾、肝)提取检材。
④杀人案中，提取现场及嫌疑人衣物上的血液、血斑为检材，提取受害人液体血、脑组织为样本。
⑤现场带毛囊的毛发、沾有唾液的烟头等亦可作为检材。
⑥对受审查嫌疑人，应提取其液体血为样本。
DNA检验技术对于提取检材和样本的数量及保存亦有严格要求:液体血取3m1以上，加抗凝剂(枸橼酸钠)，密封在冰壶中保存送检。
各种组织提取5克以上，密封，在一2O0C保存。
各种斑迹提取后，阴干，一2O0C保存。
带毛囊的毛发及烟头检材，亦应阴干，在一2O0C保存。
各种检材、样本提取后及时送检。
关键词：DNA 法医物证
一
在刑事案件的侦破工作中，常常要检验血痕、精斑、唾液等现场遗留物的血型物质是哪个种属，并同嫌疑人进行对照、比较，确认异同。这种血型鉴定是法医物证检验中最常用的技术手段。
最早意义上的血型仅指血红细胞表面抗原的四种类型(A、B、AB、O)。当今血型检验的系统己经大大扩展，可以在刑事技术部门实际应用的血斑检验系统15-20个，精班检验系统5一6个(均含血型、血清型和酶型系统)。譬如，设在伦敦的国际刑警组织实验室常规检验血液项目为13项，检验精液项目为5项，因而排除嫌疑的比率明显增大。但是，各检验项目的联合排除率并不等于各项目独立排除率的简单相加，而是:P=l-l（l-P1）(l-P2)…… (l-Pn)。其中，Pl、P2……Pn分别代表各独立血型系统的排除率，P为联合排除率。从理论上可以看出，尽管检验项目扩展，但最终不能达到同一认定的目的。而DNA检验技术，则解决了这个关键问题。
法医物证的DNA检验技术是本世纪80年代中期才开始研究和应用的，它借助了新兴的"分子生物学"和"遗传工程学"的理论与技术。早在19世纪60年代，奥地利遗传学家孟德尔在运用数学方法对植物遗传性状进行多年分析研究的基础上，提出了著名的孟德尔遗传定律，预言了遗传因子的存在。到20世纪40年代，美国学者艾弗里等人证明了遗传因子就是脱氧核糖核酸。1953年，美国生物学家沃森(Jams Watson)和英国物理学家克里克(Francis Crick)发现并提出了DNA分子的双螺旋结构理论与碱基配对原则，开创了分子生物学。1989年，美国科学家用"扫描隧道显微镜"直接观察到了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。1990年，我国青年科学家白春礼用自己研制的"扫描隧道显微镜"首次观察到人们尚未认知的三链状脱氧核糖核酸，为生命信息研究又辟新途。在60年代，经过许多科学家的共同努力，破译了遗传物质中的全部密码，使人类对遗传物质的认识进入了新的阶段；1973至1974年，美国斯坦福大学的科恩博士在实验室运用重组DNA的方法，改变了生物的遗传信息，也改变了生物的遗传性状，开创了遗传工程学。1985年，英国莱斯特大学三名遗传学家亚历克·杰费里斯(Alec Jeffroys)、彼得·吉尔(Peter Gil1)、戴维·沃雷特发现每个人的DNA分子中，碱基的排列都是独特的。事实上，除了同卵双生子的DNA结构有相同的可能性之外，没有任何两个人存在相同的DNA。这一重大发现立刻引起法医学界的高度重视，各国纷纷投向这一领域的研究。英国首先在移民纠纷中应用DNA检验手段确认母子亲缘关系。
二
DNA是脱氧核糖核酸的英文(DoXyribo Nucleic Acid)缩写。它是在生物细胞核中普遍存在的大分子聚合物。它具有"自我复制"及"互补合成RNA(核糖核酸)"二项功能，使生物体的遗传性状得以在新生体上体现，因而被称为"遗传基因"。DNA的化学组成包括磷酸(P)、脱氧核糖(S)和四种含氮碱基:腺嘌呤脱氧核苷酸(dAmp)、鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGmp)、胞嘧啶脱氧核苷酸(dCmp)、胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTmp)。DNA的分子结构为两条平行但方向相反的多个核苷背酸聚合长链，围绕一个中心轴相对旋转成双螺旋状(见图一)
每条长链的外侧排列着磷(P)和脱氧核糖(S)，内侧排列的四种碱基依照A=T、T=A、G=C、C=G的对应关系由氢键连接，使双链成一整体。在不同的DNA分子中，S与P的排列结构是相同的(一S一P一S一P一)，但碱基的排列顺序不同。DNA分子中的碱基虽只四种，但由氢键连接的碱基对的数目少则几千，多则数万，组成极多的不同排列顺序。这就构成了DNA分子结构的多样性，从理论上解决了同一认定问题。
DNA分子的复杂结构具有三个重要特性:(1)人各不同;(2)终生不变;(3)同一人体各不同部位细胞中的DNA结构相同。法医物证检验正是利用了这些可贵特性，依据摄取的DNA结构图谱进行个体识别。这同利用指纹进行个体别的准确性相同，因而又被称为"DNA遗传指纹图谱"。
三
目前，各国专家一般采用化学方法分离DNA，再用特殊的DNA探针检验，可以获得代表每个人独特基因组的DNA图谱。其程序包括七个环节:
1、提取。先将DNA从检材细胞核中提取出来。不同检材的性质不同，提取和纯化DNA的方法也不完全相同。如对精液与阴道分泌物混合的检材:先裂解、洗涤，清除女性物质后，获得纯精子，再裂解取出DNA.
2、酶解。由特定的限制性内切酶裂解DNA分子长链。由于每个人DNA分子中碱基排列呈现多样性，所以酶切碱基后，就获得在数量和长度上体现个体差异的若干DNA片段。
3、电泳。琼脂糖凝胶是一层充满网孔的胶状物，在电泳时，其一端为正极，另一端为
负极。DNA片段带负电，当将它加在凝胶负极板后，就会向正极缓慢泳动，泳动速度和距
离取决于片段长度大小。经过一段时间，DNA片段按长短顺序排列开来。
4、转移。经电泳展开的DNA片段通过吸印或真空转移法，转移并固定到硝酸纤维素
膜或尼龙膜上。
5、探针标记与杂交。所谓探针标记，就是使用专门的特殊试剂，经过特定的反应，在不破坏DNA排列结构的前提下，使DNA片段能产生放射线(同位素探针)，或显色发光(非同
位素探针)，从而可以识别DNA片段。
标记好的探针需与附着有DNA片段的转移膜温育，才能结合，这个过程叫"杂交"。杂交后清洗未结合的多余探针。
6、显影。将杂交好的膜与X光感光片重合放在暗盒内感光，再经显影、定影，即得到
DNA图谱。
7、检验。将检材DNA图谱与嫌疑样本DNA图谱进行谱带比较。一般若有15条以上谱带相同，又不存在差异(不吻合谱带)，则可做认定结论。但现场检材会由于各种客观原因，使DNA图谱不完整，所以用15条以上谱带完全吻合为标准是不现实的。据观察统计:每个个体平均具有的谱带数16·8条，两个不相关的个体间具有一条相同谱带的概率为0·21，具有二条相同谱带的概率为(0·21)2，如果现场检材DNA图谱有5条以上谱带与样本吻合，则个人认定的准确率达到99.96%以上。这时，如果没有发现其他差异点，可以作认定结论。如果检材的谱带在5条以下，即使全能与样本吻合，亦只能做可能性(或然)认定。如果检材与样本的谱带不同，则做否定结论
四
DNA检验在刑事案件侦破工作中的意义包括:
(1)在强奸及轮奸案件中，依据精细胞DNA认定犯罪人。在轮奸案件中，几个人的精液混合后的分离技术，目前并没解决，因而血型鉴定的难度很大。但DNA检验可以解决这个难题:将所有嫌疑人的精液或血液样本采来与现场检材比对，如果嫌疑人中的确有犯罪分子，则必然会认定其一，同时又不能籍以否定其他人。
(2)在碎尸案件中收集到的尸块组织，以DNA检验来判定是否为同一人。
(3)按遗传规律，亲子的DNA分别继承其双亲。如果孩子DNA图谱有一半与母亲相同，另一半与嫌疑父亲相同，则认定其为生父。因此，DNA检验对于拐卖儿童、强奸致孕等案件中的生父认定，具有极重要意义，这也是目前国际上认可、且不能为其他方法替代的手段。
(4)在杀人案件中，从现场血液或血痕DNA图谱认定犯罪人，或确认为受害人所留。
(5)在无名尸案件中认定身源。对面目全非，其他方法无法辩认的尸块，可以通过DNA检验与失踪人(受害嫌疑人)的父母的DNA图谱对照，确认身源。
(6)其他。如若干起强奸案通过精斑DNA检验进行并案;在移民争端中进行血缘关系的审查;在汽车肇事案中对车辆上附着的人体组织进行检验等。
此外，加拿大专家应用Y一染色体特异性DNA探针可以将不同性别的人血加以区分;又用重复序列DNA探针将人血和动物血进行区分。各国专家认为，DNA技术开创了法医物证检验的崭新天地，是法医生物学发展的方向。
五
由于DNA分子在外界环境的影响下会发生降解作用，减少其谱带数量，所以对检材和样本的提取有较严格的要求，一般以人脑组织、深层肌肉组织和液体血为佳。
①在强奸案件中，提取现场精斑、混合斑为检材。如果是轮奸案，应尽量多收集现场各
不同部位的精斑并分别记录和保存，减少不同人精液混合的概率。
②在奸杀案件中，提取精斑和阴道擦拭棉球为检材，取受害人脑组织或深层肌肉为样本，以备与嫌疑人和受害人分别作鉴别区分。
③在碎尸案中，如需认定不同尸块是否为同一人时，按DNA降解的难易顺序(脑、深层肌、心、肺、脾、肝)提取检材。
④杀人案中，提取现场及嫌疑人衣物上的血液、血斑为检材，提取受害人液体血、脑组织为样本。
⑤现场带毛囊的毛发、沾有唾液的烟头等亦可作为检材。
⑥对受审查嫌疑人，应提取其液体血为样本。
DNA检验技术对于提取检材和样本的数量及保存亦有严格要求:液体血取3m1以上，加抗凝剂(枸橼酸钠)，密封在冰壶中保存送检。
各种组织提取5克以上，密封，在一2O0C保存。
各种斑迹提取后，阴干，一2O0C保存。
带毛囊的毛发及烟头检材，亦应阴干，在一2O0C保存。
各种检材、样本提取后及时送检。
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