新一代测序

阿碧

对法医来说，这是一个令人难以置信的年代。一些巨大的改变正在所有的实验室中发生，其中很多改变是新一代测序带来的。拥抱这种变化，对法医学的成长和发展至关重要。尽管目前大多数法医实验室没有使用新一代测序，但是这种分析方法终将有一天成为法医实验室的经典分析手段。

什么是新一代测序

基因测序能够通过血液、唾液、精液、头发等样品分析测定一个人的基因序列，从而分析个体的相关特征。在医学领域，基因测序可以用来预测疾病，比如癌症、白血病等。在运动员选拔中，基因测序甚至可以用来预测运动天赋。在法医实验室，基因测序可用于分析案发现场的相关基因痕迹，判断受害者和嫌疑人的身体特征。目前，基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，可以说基因测序技术是一种正在改变世界的高新技术。

1975年，英国生物学家桑格（1958年及1980年诺贝尔化学奖获得者），发展出一种称为“链终止法”的技术来测定基因序列，这种方法也称作“双去氧终止法”或是“桑格法”。两年之后，他利用此技术成功定序出一种噬菌体的基因组序列。这也是首次完整的基因组定序工作。他所发明的技术比起当时其他方法使用了较不具毒性的材料，主要步骤如下：先进行聚合酶链式反应（PCR），利用DNA引子和DNA聚合酶使DNA链得以展开复制，再利用双去氧核苷酸来终止DNA链的合成。

在桑格发明基因测序之后的30年时间里，他的方法成为了一种常用和经典的方法。然而，随着人类基因组计划的完成，科学家发现要用这种方法来检测全基因组则困难重重，主要是因为这种方法成本高、速度慢。因此，研究人员需要一些更为廉价、便捷且快速的基因测序方法。于是，研究人员逐步发展出新一代测序（英文名称为Next Generation Sequencing，以下简称NGS）。NGS并非单一的技术，而是多种先进的基因测序技术的统称，其中包括第二代和第三代基因测序。第二代基因测序包括从头测序、全基因组测序、外显子测序、目标区域测序、宏基因组测序等。第三代基因测序则包括单分子DNA测序、实时DNA测序、单分子纳米孔DNA测序等。

NGS的优势

法医分析的重要特征是从有限信息中得到优质的结果。在法医DNA分析中，需要有效、优质、准确的分析结果，而这些DNA证据往往来自凌乱的犯罪现场，那里往往只存在少量甚至微量、受损的、质量较差的DNA样品。NGS技术让法医能够从极少量的DNA样品中获得更高质量的结果。

NGS技术不但快速、高效、准确，而且能便于不同法医实验室进行沟通和交流。在传统的DNA分析中，不同的法医实验室检测结果有所差异，甚至可能得出相反的结论，这是传统DNA分析受人诟病的重要原因。例如，如果一个实验室使用13个基因位点，而另一个实验室使用不同的20个基因位点，那么结果就无法轻松比较或用于鉴定嫌疑犯。而NGS分析更为法医带来更多的基因位点，能够覆盖整个法医学范围，这样大家的检测结果会比较一致，能让不同的法医实验室能够更好地沟通，让法医DNA分析更具权威性。

传统的DNA分析法一次只能检测一个样本，而NGS技术一次能分析多个样本，大大减轻了法医的工作负担，让法医有精力去开发更好的分析技术。在传统的分析中，每个基因位点分析系统的试剂盒要进行单独分析。NGS的好处在于所有基因位点都能以同一方式处理，使用相同试剂来获得结果。一次了解所有基因位点将使得大规模搜索变得更为便捷。当嫌疑人的DNA图谱不能直接匹配时，法医使用这种技术在已定罪的重犯DNA数据库中搜索证据。为了找到调查线索的潜在证据来源，法医还可利用NGS对嫌疑人的家族进行大规模的基因分析，找到和嫌疑人最具亲缘关系的亲属。

NGS的用途

NGS技术可以用于刑事案件的DNA检测。从20世纪80年代开始，法医实验室就开始使用DNA检测来帮助破解之前无法解决的刑事案件。由于法医DNA分析可用来排除可疑人员，它已经成为一种不可或缺的工具。在刑事案件中，一些DNA证据很小，比如唾液和精斑，還有一些样本还要多次使用，靠传统的测序方法很难有所收获。利用NGS则可以获取尽可能多的基因信息。

如今，犯罪分析刑事案件中的NGS技术主要包括常染色体短串联重复序列（STR）分析、线粒体DNA（mtDNA）测序、男性Y染色体短串联重复序列分析（Y-STR）以及单核苷酸多态性（SNP）。举例来说，在强奸案的侦破中，常用Y-STR，这是法医对精子的一种DNA检测手段。Y-STR基因座是位于男性Y染色体上的人类多态性STR位点，一般情况下，只有男性个体才有Y染色体，因此，Y- STR具有男性遗传，男性特异性的特点。Y- STR既可作为性别鉴定的依据，同时在法医学精斑及混合斑检验中发挥着重要作用。

NGS技术可以协助分析死亡的原因或方式。在美国一个看似离奇的案例中，一名13天大的新生儿离奇死亡，法医检测结果竟然是死于吗啡中毒。奇特的是，新生儿的父母都没有吸毒史，相关的近亲也没有吸毒史。难道是新生儿的父母有什么仇家，要用毒品来害死这个可怜的孩子？法医检测的结果是，毒品来自新生儿目前的奶汁，然而，没有任何证据证明这位母亲吸毒。经过NGS分析才真相大白：对这位母亲的基因分析发现，她具有超级代谢吗啡的先天能力，能把可待因（麻醉剂）高效地转化为吗啡，其转化能力是普通人若干倍。她在医院接受剖腹产时注射了可待因，她将这种麻醉剂转化为吗啡储存在了身体内，新生儿吃了这种富含吗啡的奶汁后中毒身亡。

NGS还为DNA数据库样本的高效利用提供了机会，从而让执法人员能更快地鉴定出在逃的犯罪嫌疑人，并利用DNA图谱分析关联法医案件。国际数据库已经收集了数百万张DNA图谱。它们协助执法机构鉴定肇事者的身份，关联多个犯罪现场，并处理失踪人口的案件。全世界的DNA数据库利用聚合酶链式反应（PCR）以及基于荧光的长度检测来分析这些DNA样本。这种PCR技术已经使用了近20年，几乎不曾改变。随着NGS的出现，实验室如今有了更多的选择来产生高质量的法医DNA图谱。这种一体化的流程能帮助实验室更加高效地分析相关样本的信息。

编辑：刘雨濛 lymjcfy@163.com