刑侦新突破:一根头发,两种分析
生物通/薄荷 · 2016/09/23
尽管大多数犯罪现场都含有人的毛发,但是细胞核DNA往往缺失,阻碍了案件的侦破。为此,法医界也在积极开发DNA分型以外的身份识别技术。美国联邦安全实验室近日提出了一种方法,将毛发中的蛋白标志物与DNA分析相结合,可实现更准确的人类身份识别。这一成果于9月初发表在《PLoS One》上。


侦探小说和电视看多了,大家似乎都很清楚,一提到破案,首先要有证据。除了指纹,毛发、血液和精液中的DNA也为刑侦人员带来了重要的线索。如果有质优量足的DNA,法医就能通过PCR扩增,获得STR和SNP等信息。

然而,由于各种各样的因素,这些样本中的DNA往往会损失,使得PCR和测序方法也无能为力。据介绍,尽管大多数犯罪现场都含有人的毛发,但是细胞核DNA往往缺失,阻碍了案件的侦破。为此,法医界也在积极开发DNA分型以外的身份识别技术。

美国联邦安全实验室近日提出了一种方法,将毛发中的蛋白标志物与DNA分析相结合,可实现更准确的人类身份识别。这一成果于9月初发表在《PLoS One》上。

DNA分析(DNA profiling)是法医学和考古学中分析人类残骸的金标准方法。它利用PCR或测序技术来鉴定独特的遗传变异。尽管DNA质量不佳,但毛干中含有许多蛋白质,它们有着强韧且灵活的化学结构,暴露在环境中也不容易降解。因此,犯罪现场和考古遗址中的毛发往往有着完整的蛋白结构。此外,蛋白质也存在变异,单氨基酸多态性,这也是每个人的特征。

为了确定人类毛发中的蛋白质是否能够协助法医分析和考古鉴定,生物化学家Glendon Parker将重点放在人毛干的蛋白质组上。利用基于质谱的鸟枪法蛋白质组学,研究人员对多个男性和女性的毛发样本进行了分析,它们来自66名欧洲裔美国人,5名非洲裔美国人和5名肯尼亚人。在考古分析中,他们检验了6具骨骼残骸。

通过分析,研究人员估计,大约1000个蛋白标志物可以用来区分不同的人。在鉴定了185个毛发蛋白标志物后,研究人员计划创建一组至少有100个蛋白标志物的核心组合,这样就能够利用一根毛发来鉴定一个人。

“在这个开发的早期阶段,我们的鉴别能力已经和线粒体DNA方法相当,在质谱仪中加入了不到一毫米的毛发蛋白,”Parker说。“根据目前的研究成果,我们只需获得少量的毛发样本就能获得信息,这样研究人员能够使用两种方法。”

对于目前这种方法,样本制备、仪器运行,以及后续的蛋白鉴定分析大约需要2.5天,研究团队认为其成本与其他的分析方法相当。这种新的技术能够与DNA分析相结合,促进执法人员和考古学家的人类身份识别,降低假阳性的风险,并确保更准确的结论。

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  • Demonstration of Protein-Based Human Identification Using the Hair Shaft Proteome

    Human identification from biological material is largely dependent on the ability to characterize genetic polymorphisms in DNA. Unfortunately, DNA can degrade in the environment, sometimes below the level at which it can be amplified by PCR. Protein however is chemically more robust than DNA and can persist for longer periods. Protein also contains genetic variation in the form of single amino acid polymorphisms. These can be used to infer the status of non-synonymous single nucleotide polymorphism alleles. To demonstrate this, we used mass spectrometry-based shotgun proteomics to characterize hair shaft proteins in 66 European-American subjects. A total of 596 single nucleotide polymorphism alleles were correctly imputed in 32 loci from 22 genes of subjects’ DNA and directly validated using Sanger sequencing. Estimates of the probability of resulting individual non-synonymous single nucleotide polymorphism allelic profiles in the European population, using the product rule, resulted in a maximum power of discrimination of 1 in 12,500. Imputed non-synonymous single nucleotide polymorphism profiles from European–American subjects were considerably less frequent in the African population (maximum likelihood ratio = 11,000). The converse was true for hair shafts collected from an additional 10 subjects with African ancestry, where some profiles were more frequent in the African population. Genetically variant peptides were also identified in hair shaft datasets from six archaeological skeletal remains (up to 260 years old). This study demonstrates that quantifiable measures of identity discrimination and biogeographic background can be obtained from detecting genetically variant peptides in hair shaft protein, including hair from bioarchaeological contexts.

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