遗传物质在法医学中的应用：前生今世

30多年前，遗传物质就开始用于法医学。如今，研究取得了明显的进展。科学家相信，DNA不仅能够将个人与犯罪现场联系起来，还能够为死亡时间提供线索。

遗传学在法医学研究中的应用始于1984年，当时，英国莱斯特大学年仅34岁的Alec Jeffreys在实验室中产生了第一个DNA指纹。他将其称之为灵光乍现（Eureka时刻）。（编者注：Eureka是阿基米德发现浮力后说的第一句话，意思是“我知道了”。）

“我们当时得到了非常多变的DNA模式，包括我们的技术人员以及她的母亲和父亲，还有非人类样本。我的第一反应是‘这太复杂了’，然后我突然意识到，我们有遗传指纹，”Jeffreys解释说。

灵光乍现

第一种技术是使用放射性标记的DNA探针，与经过限制性内切酶消化的DNA杂交。限制性内切酶针对DNA中的特定位点，而不同个体的位置不同，最终导致不同大小的DNA片段。

这些片段经过电泳分离，并通过Southern blot固定在膜上。在洗掉多余的探针后，对X射线胶片进行曝光，可以观察到不同的片段，并比较个体之间的差异。每个人可以检测到15-20个可变片段，大小范围在3.5 kb到20 kb。利用不同个体间的长度差异可识别潜在的嫌疑犯。

遗传指纹的首次应用还是在英国的莱斯特郡。当时，那里发生了两起强奸和谋杀女童的恶性案件。警方逮捕了一名男子，他承认与其中一起案件有关。警方使用遗传分析，试图证明他犯下两起谋杀罪，但事实证明他根本没有罪。

随后，警方从该地区的男性身上采集了500多份DNA样本，但一无所获。不过，他们发现一位名叫Colin Pitchfork的男子并没有提供样本，而是说服他的朋友代他提供。1987年，警方发现Pitchfork的DNA图谱与犯罪现场的样本匹配。于是，Pitchfork就成为第一个因DNA证据而被定罪的人。

“我感到宽慰，因为他是连环杀人犯，也许会再次杀人。如果最后失败了，那么公众对法医DNA的看法就会破灭，”Jeffreys谈道。

在接下来的两年里，Jeffreys所在的实验室成为全球唯一一个使用DNA指纹的地方。随后，世界各地的学术机构、警察局和执法机构也着手开发和改进他们自己的版本。

随着时间的推移，DNA指纹技术已经有了明显的改善。人们对各个方面进行改进，以简化和自动化这种技术，包括用PCR来取代Southern blot，用荧光标记来取代放射性标记，并用毛细管电泳来取代平板凝胶。

曲折前行

然而，DNA指纹技术作为法医工具还不成熟，一些必要的操作往往被忽视。1989年，美国的一位法官首次裁定，遗传检测在科学上是不可靠的。

从那时起，研究人员在不断提高质量，力求不出错；不过，结果仍然不是100%准确。近年来，新一代测序（NGS）的出现带来了更快速、更经济的分析。于是，许多专家坚信法医学的未来是基因组测序，而不是片段长度分析。

当然，这些方法也不是没有缺点。准确性和灵敏度越来越高，这使得DNA比以前更容易被检测到。换句话说，污染DNA也更可能被检测到。科学家们有责任确定犯罪现场的几个细胞是否可以与犯罪行为相关联。好在，软件也有了不少改进。

最新进展

目前的法医DNA图谱分析包括对大小变化的片段进行测定。NGS检测能够对这些片段进行测序，进而区分不同的个体。对于一些无法破获的案件，某些标志物的测序也能帮助预测表型，比如肤色。

我们的基因组已经能够提供证据，让犯罪嫌疑人与犯罪现场相匹配，并且NGS在法医遗传学方面的应用使得调查人员能够根据基因组中的信息勾勒出犯罪嫌疑人的画像。

此外，西班牙巴塞罗那科学技术研究所的基因组监管中心的研究人员发现，通过基因还可以预测死亡时间（TOD）。这项成果于今年2月发表在《Nature Communications》上。

目前，法医一般是通过尸体的体温降低，死后僵直的程度以及尸体周围的昆虫数量来确定死亡时间。
通讯作者之一Roderic Guigo表示：“我们的目标是证明基因表达的模式能够提供死亡时间的信息，并且这些信息最终可用于法医病理学。”

研究团队从500多名捐献者身上采集了各种组织的样本，这些捐献者死亡长达29小时。他们分析了36种不同人类组织的基因活性和降解，如大脑、皮肤和肺。

Guigo表示：“基因表达在生物体死亡后发生了改变，而且是以一种组织特异的方式。 有些组织对机体死亡的反应非常迅速，肌肉中的许多基因在死亡后几乎立刻发生改变，而在其他组织中，大部分基因表达的改变发生在死亡后的某个时间。”

研究人员利用计算机来搜索改变的模式，发现只有四个组织可提供可靠的TOD。它们分别是皮下脂肪、肺、甲状腺和暴露在阳光下的皮肤。之后，他们开发出一种算法，希望未来能够确定TOD。在测试时，算法计算出来的时间与真正的TOD只相差9分钟。

研究人员希望，将这种基因表达的信息与微生物变化的信息相结合，未来能准确判断死者的死亡时间。

原文检索

The effects of death and post-mortem cold ischemia on human tissue transcriptomes

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 490 (2018)
doi:10.1038/s41467-017-02772-x