DNA混合圖譜的拆分一直以來是法醫科學的挑戰之一,由于混合斑結果精確合理的解釋必須伴隨著統計學方法頻率概率的內容,通常會比較困難。然而一個法醫DNA實驗室如能擁有一個統計學的“專家”會使整個實驗室受益。
一、基本概念
混合生物樣本是指被測樣本來自兩個或者兩個以上的個體。
通常 當在多個基因座上檢測到3個或更多的等位基因,或者在STR分型圖譜中等位基因的高度有明顯差異時即可確定混合的出
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混合圖譜圖例
二、混合生物檢材來源
混合DNA檢材由兩名或兩名以上個體的血液、精液、分泌物、排泄物、脫落上皮細胞等同種或不同種類型附著在不同的犯罪現場載體上形成的,實際案件中,以強奸案中精液和陰道分泌液組成的混合檢材最為常見。
近年來隨著現場勘察技術的提高,儀器檢測靈敏度的增強和實驗室操作水平的上升,很微量的DNA也可被檢測到,混合檢材的比例也越來越高,如入室盜竊,搶劫,打架斗毆等案件中,混合檢材的可能性和占比也逐漸升高。
混合樣本也可能來源于污染,包括檢材采集人員或實驗室檢驗人員污染,實驗儀器及耗材品的污染等。 故而造成影響混合DNA分析的因素頗多。
三、混合DNA分析影響因素
STR數據是一定模板量生物檢材通過PCR擴增達到毛細管電泳能檢測到的水平后獲得的,因此影響STR數據因素主要包括生物檢材實際組成及樣品處理過程兩個方面,其中樣品處理過程包括DNA提取純化,PCR,毛細管電泳等。因此涉及到這兩個方面的因素都會影響拆分結果,具體可包括如下幾個因素:
1,低拷貝/降解DNA
2,擴增效率:DNA模板量,PCR試劑盒
3,DNA分型質量:Stutter峰、Pull-up峰、等位基因覆蓋、等位基因缺失、等位基因插入(污染)、 峰不均衡性, 峰值變異性等現象。
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為此如何充分利用混合DNA分型中的有價值信息,通過一定的參數設定進行分析,從中篩選出合理表型組合,為解決法醫學應用提供科學合理的途徑尤為重要。
四、市場上軟件分析種類
目前,國內大部分實驗室對于混合DNA圖譜進行人工手動拆分,根據每個位點下,峰個數,峰高等參數進行拆分。但是人工拆分的主觀因素較大;考慮的因素比較單一,只是單個位點,逐個的去拆分,沒有整體考慮整個圖譜;拆分時沒有量化的標準,導致不確定性較大,實驗人員不敢去拆分。
國際上較多借助軟件進行拆分,軟件主要是利用統計學的方法去解釋混合圖譜大量的數據。軟件拆分的優勢在于:有可量化的標準;可重復性好;減少主觀性,結果更加客觀公正。
當前國際拆分軟件,按照分析模型劃分,主要有三類:
一類是二進制法(Binary),主要思想是設定閾值來處理峰的隨機性以及去除一些不合適的數據,這種方法沒有分析所有的數據,舍棄了一些有用的信息,在處理低拷貝檢材,降解檢材,檢材混合比例差異較大及三人以上混合檢材結果不理想,已逐漸被其它方法取代;
第二類是半連續法(Semi-continuous),是概率法的一種,該法沒有考慮峰值的變異性,混合比例及Stutter峰所占百分比等因素,在拆分的合理性,準確性上較差。
第三類是連續法(Continuous),也稱概率法,采用MCMC計算方法,利用計算機模擬分析所有圖譜數據,以概率的形式給出可能性的組合。MCMC是解決復雜積分(多因素模擬)最行之有效的方法,廣泛應用于計算物理學,生物學,語言學等領域,成為目前主流和SWGDAM (DNA分析方法科學工作組)認可的方法,也是未來發展的方向。
表1:不同分析模型軟件例舉

備注:計算方法MCMC(馬爾科夫鏈-蒙特卡羅算法),利用隨機抽樣的方法去給觀察值一個最合理的解釋。
Monte Carlo方法的實質是通過大量隨機試驗,利用概率論解決問題的一種數值方法。Markov Chain 是指生成隨機數列的一種方法。
五、混合DNA 分型軟件STRmix
STRmix是新西蘭環境科學與研究所(ESR)與南澳大利亞法庭科學中心聯合研發,遵循SWGDAM指南3.2.2標準和規范認證的基因分型幾率技術。產品分為單機版和網絡版兩種。
采用國際主流MCMC算法,是全連續概率法DNA分型軟件。幾分鐘內可快速分析復雜DNA分型結果的特點,廣受法醫用戶喜愛,目前據廠家聲稱包括美國FBI,英國KFS等多家權威結構已購買使用,根據國內相關DNA實驗室的的測試,認為其分離結果令人滿意。