Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统在案件中的应用

刘金杰，万 群，王颖希，姚伊人，赵 蕾，张博源， 庄 斌，赵丽健，韩俊萍，焦章平,*

（1. 北京市公安司法鉴定中心，北京 100192；2. 山东第一医科大学，济南 250001； 3. 公安部鉴定中心，法医遗传学公安部重点实验室，北京市现场物证检验工程技术研究中心， 现场物证溯源技术国家工程实验室，北京 100038；4. 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038； 5. 北京博奥晶典生物技术有限公司，北京 101111；6. 北京市公安局朝阳分局刑侦支队，北京 100025）

短串联重复序列（short tandem repeat, STR）是法医DNA个体识别与亲权鉴定的主流技术[1-2]，缺失/插入多态性（deletion / insertion polymorphism, DIP）分析是法医DNA族群推断的常用技术[3-5]，检验过程包括DNA提取、PCR扩增、毛细管电泳等环节，故通常很难在现场实现全流程操作。集成法医DNA检验各个环节一体化的仪器研究早有开展，上世纪90年代出现了“微全分析系统”（micro total analytical systems，μTAS）[6]概念，也称“芯片实验室”（lab-on-chip）或微流控芯片技术（microfluidics），是生物芯片的一种，即在芯片上加工出微泵、微阀或微管道等对微流体进行精细操控，自动完成常规法医DNA实验室检测所需的全过程。该技术很快被用于临床领域的床旁检测（POCT）。国内外学者针对法医DNA集成检测也开展了大量研究[7-9]，进行了许多法医DNA样本现场化的检验工作[10-11]，证明了法医现场检测的可行性。近年来，国外有如RapidHIT 200等商品化DNA快速检验仪器相继研发并推向市场[12-14]。Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统是国内首台自主研发的仪器，2 h内即能自动完成2份样本的法医DNA检验全过程，实现“样本进—结果出”，可进行DIP族群推断（38个DIP位点信息见文献[5]）和STR个体识别（21个STR基因座包含20个CODIS基因座[15]和1个Amelogenin性别基因座）两方面的检测，能够为敏感人员身份快速鉴识、灾难现场受害者身份识别、重大案事件的现场快速处置等提供科技支撑。本文报告应用Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统帮助侦破一起案件。

1 材料和方法

1.1 简要案情及前期检验情况

2021年某日，某地公安局在侦办一起涉嫌贩卖毒品案件过程中，抓获2名嫌疑人并查获部分涉案物品。DNA技术人员在缴获的黑色塑料袋、白色晶体包装袋上所提取的生物检材中检出同一男性STR分型，但与嫌疑人分型不一致，将该DNA分型录入DNA数据库无比中，案件陷入僵局。当地公安机关要求对2份嫌疑人血卡（1号和2号）、1份现场物证的DNA样本（3号）进行DNA族群推断及STR分型检验。

1.2 全集成检测

1.2.1 样本制备

取STR和DIP冻干试剂（均为公安部鉴定中心产品）全集成芯片卡盒，备用。在1.5 mL离心管中加入200 μL直扩处理液Ⅰ和Ⅱ混合液（含80 μL处理液Ⅰ和120 μL处理液Ⅱ，苏州新海生物科技股份有限公司），放入4片直径2 mm的血片，振荡10～20次，然后取60 μL上述混合液加样至扩增芯片样本处理池。

1.2.2 全集成检测——DIP试剂卡盒

将全集成芯片卡盒插入Quick TargSeq全集成DNA快速检测系统（北京博奥生物集团有限公司）进样仓，输入样本信息（1～3号），选择预先设定的DIP程序，点击运行键，仪器自动完成样本裂解、PCR扩增、电泳分离全部流程。经BioStrGenotyping软件导出DIP分型数据，使用族群推断软件DAA v1.0计算样本的人群匹配概率（AMP）和似然比（LR），运行参数为K＝4，n＝15（K代表分析的人群分为几大类，n代表每个K值重复运行的次数）。自动获得待测样本的似然比、祖先成分和族群归类图，推断依据和方法参照文献[16]进行。

1.2.3 全集成检测——STR试剂卡盒

对1～3号样本进行STR芯片检测。步骤同1.2.2，选择预先设定的STR程序，完成全部流程。使用配套软件BioStrGenotyping v2.0对结果进行分析。

2 结果

2.1 DIP族群推断

1、2号血卡及3号现场物证DNA样本的全集成检测结果如图1所示，均获得完整DIP分型，未出现等位基因丢失，其结果与常规实验室方法分型结果完全一致。利用25个族群的参考数据库，对该3份样本结果进行个体族群来源推断，样本的AMP及LR值见表1，3份样本AMP最高的人群均为非洲人群，且与AMP第二位的人群相比LR值均远大于100。3份样本的祖先成分见图2，其主成分均为非洲成分，占94%以上。3份样本的族群归类图如图3所示，3份样本均与非洲人群聚为一类。综合以上分析内容，推断结果支持该3份样本均来源于非洲人群。

图1 血卡1（a）、2（b）号与现场物证（c）DNA样本DIP芯片全集成检测结果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号样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

图2 1～3号样本的祖先成分图Fig. 2 Ancestral components derived from the 3 samples

图3 1～3号样本的族群归类图Fig. 3 The principal component analysis into 3 samples for ethnic inference

2.2 STR个体识别

对1、2号血卡及3号DNA样本的全集成检测结果如图4所示，均获得完整STR分型，未出现等位基因丢失，其结果与常规实验室方法分型结果完全一致。

STR个体识别和DIP族群推断芯片全集成检验分析在 2 h左右完成，根据检验结果，办案单位将可疑人员范围缩小至具有非洲人特征的人群，进而锁定了目标嫌疑人员的排查范围，经常染色体STR检验发现其中一名嫌疑人员的样本分型与现场DNA的完全一致，嫌疑人被抓获后如实供述了犯罪事实，该案件成功告破。

3 讨论

现场化、微型化、集成化检验是目前法医DNA领域的研发重点之一。微流控芯片技术[6]是该方向的重要技术核心，可以将常规DNA实验室检验各步骤整合于一体，最大限度地减少人工操作，实现“样本进—结果出”（sample-in-answer-out）式快速DNA检验。目前国外先后推出了RapidHIT 200、RapidHIT ID、ANDE 6C等商业化快速DNA检验仪，均以该技术为核心，通过传统流体操作和自动化技术相结合，2 h左右即可完成全自动检测并生成分型图谱。

美国联邦调查局（FBI）实验室自2010年起就致力于推动快速DNA检测项目的发展，同时其对快速DNA检验的需求也越来越多[17]。FBI还公布了基于DNA快检系统的办案模式，其他州、地方参照该模式也相应建立起一套检验模式，比较典型的如OCDA DNA实验室[18]，已证实在窗口单位使用快速DNA检验仪结合当地DNA数据库，能够识别敏感人员或犯罪嫌疑人，从而预防暴恐等案、事件，或者协助案件快速侦破。快速DNA检验系统能够应用于国防和国土安全、刑侦现场取证、灾难现场受害人的应急身份识别等领域[14]，如2018年加利福尼亚州尤比县山火中，在对遇难者DNA识别过程中，使用DNA快检仪在数小时内就完成了对62具遗体的快速DNA鉴定[19]，2019年美国军方使用DNA快检仪2 h左右就确认了ISIS头目巴格达迪的身份[20]。但是，进口仪器存在价格昂贵、配套试剂和耗材成本高且只能做STR检验等不足。公安部物证鉴定中心联合清华大学和博奥生物集团有限公司，自主研制出中国首台全集成DNA快速检测系统（Quick TargSeq）和芯片试剂（兼容Typer21和PowerPlex21个体识别试剂以及AIDIP38族群推断试剂），该系统利用微流控技术，将DNA提取、PCR扩增和电泳检测整合为一体，检验过程自动进行，内置配套控制软件和DNA分型软件，2 h左右可完成DNA检验全过程；仪器不需要持续通电给内部制冷，不用预热；可用于实验室和/或车载使用，也可以配普通户外电源野外使用。

在本文报道案件中，前期实验室用传统方法检出一男性STR分型，输入DNA数据库无比中，导致案件陷入僵局。本文作者相关实验室利用TargSeq全集成DNA快速检测系统，在拿到样本后2 h左右即获得了样本来源人的族群身份，为案件侦查提供了明确的方向。

本案例是国内首次利用国产全集成DNA快速检测系统进行检测的成功案例，可为后续类似案件的处理提供参考借鉴。

图4 血卡1（a）、2（b）号与现场物证（c）DNA样本STR芯片全集成检测结果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