劉金杰，萬 群，王穎希，姚伊人，趙 蕾，張博源， 莊 斌，趙麗健，韓俊萍，焦章平,*

（1. 北京市公安司法鑒定中心，北京 100192；2. 山東第一醫(yī)科大學，濟南 250001； 3. 公安部鑒定中心，法醫(yī)遺傳學公安部重點實驗室，北京市現(xiàn)場物證檢驗工程技術(shù)研究中心， 現(xiàn)場物證溯源技術(shù)國家工程實驗室，北京 100038；4. 中國人民公安大學偵查學院，北京 100038； 5. 北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司，北京 101111；6. 北京市公安局朝陽分局刑偵支隊，北京 100025）

短串聯(lián)重復序列（short tandem repeat, STR）是法醫(yī)DNA個體識別與親權(quán)鑒定的主流技術(shù)[1-2]，缺失/插入多態(tài)性（deletion / insertion polymorphism, DIP）分析是法醫(yī)DNA族群推斷的常用技術(shù)[3-5]，檢驗過程包括DNA提取、PCR擴增、毛細管電泳等環(huán)節(jié)，故通常很難在現(xiàn)場實現(xiàn)全流程操作。集成法醫(yī)DNA檢驗各個環(huán)節(jié)一體化的儀器研究早有開展，上世紀90年代出現(xiàn)了“微全分析系統(tǒng)”（micro total analytical systems，μTAS）[6]概念，也稱“芯片實驗室”（lab-on-chip）或微流控芯片技術(shù)（microfluidics），是生物芯片的一種，即在芯片上加工出微泵、微閥或微管道等對微流體進行精細操控，自動完成常規(guī)法醫(yī)DNA實驗室檢測所需的全過程。該技術(shù)很快被用于臨床領(lǐng)域的床旁檢測（POCT）。國內(nèi)外學者針對法醫(yī)DNA集成檢測也開展了大量研究[7-9]，進行了許多法醫(yī)DNA樣本現(xiàn)場化的檢驗工作[10-11]，證明了法醫(yī)現(xiàn)場檢測的可行性。近年來，國外有如RapidHIT 200等商品化DNA快速檢驗儀器相繼研發(fā)并推向市場[12-14]。Quick TargSeq全集成DNA快速檢測系統(tǒng)是國內(nèi)首臺自主研發(fā)的儀器，2 h內(nèi)即能自動完成2份樣本的法醫(yī)DNA檢驗全過程，實現(xiàn)“樣本進—結(jié)果出”，可進行DIP族群推斷（38個DIP位點信息見文獻[5]）和STR個體識別（21個STR基因座包含20個CODIS基因座[15]和1個Amelogenin性別基因座）兩方面的檢測，能夠為敏感人員身份快速鑒識、災難現(xiàn)場受害者身份識別、重大案事件的現(xiàn)場快速處置等提供科技支撐。本文報告應用Quick TargSeq全集成DNA快速檢測系統(tǒng)幫助偵破一起案件。

1 材料和方法

1.1 簡要案情及前期檢驗情況

2021年某日，某地公安局在偵辦一起涉嫌販賣毒品案件過程中，抓獲2名嫌疑人并查獲部分涉案物品。DNA技術(shù)人員在繳獲的黑色塑料袋、白色晶體包裝袋上所提取的生物檢材中檢出同一男性STR分型，但與嫌疑人分型不一致，將該DNA分型錄入DNA數(shù)據(jù)庫無比中，案件陷入僵局。當?shù)毓矙C關(guān)要求對2份嫌疑人血卡（1號和2號）、1份現(xiàn)場物證的DNA樣本（3號）進行DNA族群推斷及STR分型檢驗。

1.2 全集成檢測

1.2.1 樣本制備

取STR和DIP凍干試劑（均為公安部鑒定中心產(chǎn)品）全集成芯片卡盒，備用。在1.5 mL離心管中加入200 μL直擴處理液Ⅰ和Ⅱ混合液（含80 μL處理液Ⅰ和120 μL處理液Ⅱ，蘇州新海生物科技股份有限公司），放入4片直徑2 mm的血片，振蕩10～20次，然后取60 μL上述混合液加樣至擴增芯片樣本處理池。

1.2.2 全集成檢測——DIP試劑卡盒

將全集成芯片卡盒插入Quick TargSeq全集成DNA快速檢測系統(tǒng)（北京博奧生物集團有限公司）進樣倉，輸入樣本信息（1～3號），選擇預先設定的DIP程序，點擊運行鍵，儀器自動完成樣本裂解、PCR擴增、電泳分離全部流程。經(jīng)BioStrGenotyping軟件導出DIP分型數(shù)據(jù)，使用族群推斷軟件DAA v1.0計算樣本的人群匹配概率（AMP）和似然比（LR），運行參數(shù)為K＝4，n＝15（K代表分析的人群分為幾大類，n代表每個K值重復運行的次數(shù)）。自動獲得待測樣本的似然比、祖先成分和族群歸類圖，推斷依據(jù)和方法參照文獻[16]進行。

1.2.3 全集成檢測——STR試劑卡盒

對1～3號樣本進行STR芯片檢測。步驟同1.2.2，選擇預先設定的STR程序，完成全部流程。使用配套軟件BioStrGenotyping v2.0對結(jié)果進行分析。

2 結(jié)果

2.1 DIP族群推斷

1、2號血卡及3號現(xiàn)場物證DNA樣本的全集成檢測結(jié)果如圖1所示，均獲得完整DIP分型，未出現(xiàn)等位基因丟失，其結(jié)果與常規(guī)實驗室方法分型結(jié)果完全一致。利用25個族群的參考數(shù)據(jù)庫，對該3份樣本結(jié)果進行個體族群來源推斷，樣本的AMP及LR值見表1，3份樣本AMP最高的人群均為非洲人群，且與AMP第二位的人群相比LR值均遠大于100。3份樣本的祖先成分見圖2，其主成分均為非洲成分，占94%以上。3份樣本的族群歸類圖如圖3所示，3份樣本均與非洲人群聚為一類。綜合以上分析內(nèi)容，推斷結(jié)果支持該3份樣本均來源于非洲人群。

圖1 血卡1（a）、2（b）號與現(xiàn)場物證（c）DNA樣本DIP芯片全集成檢測結(jié)果Fig. 1 DIP profiles resulted from DNA samples (a/b: No. 1/2 blood card; c: collected on the scene) undergone into a fully integrated run with the Quick TargSeq rapid DNA-integrated system

表1 1～3號樣本的人群匹配概率及似然比值Table 1 The values of AMP (assignment match probability) and LR (likelihood ratio) from 3 samples

圖2 1～3號樣本的祖先成分圖Fig. 2 Ancestral components derived from the 3 samples

圖3 1～3號樣本的族群歸類圖Fig. 3 The principal component analysis into 3 samples for ethnic inference

2.2 STR個體識別

對1、2號血卡及3號DNA樣本的全集成檢測結(jié)果如圖4所示，均獲得完整STR分型，未出現(xiàn)等位基因丟失，其結(jié)果與常規(guī)實驗室方法分型結(jié)果完全一致。

STR個體識別和DIP族群推斷芯片全集成檢驗分析在 2 h左右完成，根據(jù)檢驗結(jié)果，辦案單位將可疑人員范圍縮小至具有非洲人特征的人群，進而鎖定了目標嫌疑人員的排查范圍，經(jīng)常染色體STR檢驗發(fā)現(xiàn)其中一名嫌疑人員的樣本分型與現(xiàn)場DNA的完全一致，嫌疑人被抓獲后如實供述了犯罪事實，該案件成功告破。

3 討論

現(xiàn)場化、微型化、集成化檢驗是目前法醫(yī)DNA領(lǐng)域的研發(fā)重點之一。微流控芯片技術(shù)[6]是該方向的重要技術(shù)核心，可以將常規(guī)DNA實驗室檢驗各步驟整合于一體，最大限度地減少人工操作，實現(xiàn)“樣本進—結(jié)果出”（sample-in-answer-out）式快速DNA檢驗。目前國外先后推出了RapidHIT 200、RapidHIT ID、ANDE 6C等商業(yè)化快速DNA檢驗儀，均以該技術(shù)為核心，通過傳統(tǒng)流體操作和自動化技術(shù)相結(jié)合，2 h左右即可完成全自動檢測并生成分型圖譜。

美國聯(lián)邦調(diào)查局（FBI）實驗室自2010年起就致力于推動快速DNA檢測項目的發(fā)展，同時其對快速DNA檢驗的需求也越來越多[17]。FBI還公布了基于DNA快檢系統(tǒng)的辦案模式，其他州、地方參照該模式也相應建立起一套檢驗模式，比較典型的如OCDA DNA實驗室[18]，已證實在窗口單位使用快速DNA檢驗儀結(jié)合當?shù)谼NA數(shù)據(jù)庫，能夠識別敏感人員或犯罪嫌疑人，從而預防暴恐等案、事件，或者協(xié)助案件快速偵破?？焖貲NA檢驗系統(tǒng)能夠應用于國防和國土安全、刑偵現(xiàn)場取證、災難現(xiàn)場受害人的應急身份識別等領(lǐng)域[14]，如2018年加利福尼亞州尤比縣山火中，在對遇難者DNA識別過程中，使用DNA快檢儀在數(shù)小時內(nèi)就完成了對62具遺體的快速DNA鑒定[19]，2019年美國軍方使用DNA快檢儀2 h左右就確認了ISIS頭目巴格達迪的身份[20]。但是，進口儀器存在價格昂貴、配套試劑和耗材成本高且只能做STR檢驗等不足。公安部物證鑒定中心聯(lián)合清華大學和博奧生物集團有限公司，自主研制出中國首臺全集成DNA快速檢測系統(tǒng)（Quick TargSeq）和芯片試劑（兼容Typer21和PowerPlex21個體識別試劑以及AIDIP38族群推斷試劑），該系統(tǒng)利用微流控技術(shù)，將DNA提取、PCR擴增和電泳檢測整合為一體，檢驗過程自動進行，內(nèi)置配套控制軟件和DNA分型軟件，2 h左右可完成DNA檢驗全過程；儀器不需要持續(xù)通電給內(nèi)部制冷，不用預熱；可用于實驗室和/或車載使用，也可以配普通戶外電源野外使用。

在本文報道案件中，前期實驗室用傳統(tǒng)方法檢出一男性STR分型，輸入DNA數(shù)據(jù)庫無比中，導致案件陷入僵局。本文作者相關(guān)實驗室利用TargSeq全集成DNA快速檢測系統(tǒng)，在拿到樣本后2 h左右即獲得了樣本來源人的族群身份，為案件偵查提供了明確的方向。

本案例是國內(nèi)首次利用國產(chǎn)全集成DNA快速檢測系統(tǒng)進行檢測的成功案例，可為后續(xù)類似案件的處理提供參考借鑒。

圖4 血卡1（a）、2（b）號與現(xiàn)場物證（c）DNA樣本STR芯片全集成檢測結(jié)果Fig. 4 STR profiles resulted from DNA samples (a/b: No. 1/2 blood card; c: collected on the scene) undergone into a fully integrated run with the Quick TargSeq rapid DNA-integrated system