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DNA 圖譜在法醫學上的應用

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DNA 圖譜在法醫學上的應用. 主講人: 陳建民 國立中山大學 生物科學系博士班. 何謂法醫學 ( Forensics) ?. 利用生物學 化學以及物理學的技術來偵檢犯罪證據的一門科學. DNA 鑑定法的優點. 精確度高 – 可達 1/1,000,000,000 一般血型鑑定僅 1/1,000 HLA 細胞表面抗原鑑定約 1/1,000,000 敏感度高 – 微量樣品即可進行分析 適用性廣 – 任何含細胞的樣品均適用 (如組織 血跡體液毛髮等 ) DNA 較安定 – 在自然環境下可長久保存. 生物科技在法醫學上的應用.

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Presentation Transcript
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DNA圖譜在法醫學上的應用

主講人: 陳建民

國立中山大學

生物科學系博士班

forensics
何謂法醫學 (Forensics) ?

利用生物學化學以及物理學的技術來偵檢犯罪證據的一門科學

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DNA鑑定法的優點
  • 精確度高 – 可達 1/1,000,000,000

一般血型鑑定僅 1/1,000

HLA細胞表面抗原鑑定約 1/1,000,000

  • 敏感度高 – 微量樣品即可進行分析
  • 適用性廣 – 任何含細胞的樣品均適用

(如組織血跡體液毛髮等)

  • DNA較安定 – 在自然環境下可長久保存
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生物科技在法醫學上的應用
  • 舉例 俄國沙皇尼古拉事件
    • 1918沙皇一家七口及侍衛五人

於烏拉山區科脫林堡市失蹤

    • 1989九具可疑屍骨發現於距科

脫林堡市30公里一處公墓

    • DNA鑑定為四男五女, 與骨骼

外觀鍵定結果一致

    • DNA鑑定血緣關係, 五具屍體

為一家人 (雙親及三個女兒)

    • 四人為羅馬洛夫 (Romanov) 家族 (沙皇母親家族)
    • 太子與一位公主去向成謎
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後續發展
  • 1918 沙皇家族失蹤 (遇害?)
  • 1920柏林有一位少女越橋自殺, 送至醫院治療, 身上

無任何身分證明文件

  • 稍後她自稱是 Anastasia
  • 引發許多爭論, 真正身分莫衷一是
  • 1938-1970 德國法庭判定無證據顯示她就是Anastasia
  • 1970 她與一位美國人結婚
  • 1977 美國法醫學專家判定她就是 Anastasia
  • 近代DNA profile 證據又重新推翻她是 Anastasia
dna dna fingerprinting dna
DNA指紋(DNA Fingerprinting)與DNA圖譜

DNA Fingerprinting發展史

  • 1985 英國 Sir Alec Jeffreys 首先發展此技術應用於解決

 一移民案件

  • 1986 英國法院應用此技術解決一謀殺與強姦案件

 美國也使用此技術解決一強姦案件

  • 1987 英國與美國正式將DNA證據列為有效法庭證據
  • 1990 由於有爭論, 美國 OTA (Office of Technology

 Assessment) 經過審慎評估後認為 DNA fingerprinting    為符合科學的證據

  • 1992 美國 National Research Council 正式公佈 DNA

 fingerprinting 為科學化的證據, 並提出施用準則

  • 1995  FSS (Forensic Science Service) 建立 UK DNA 資料庫
  • 1998 美國 FBI 發展 CODIS 資料庫 (database)
  • 1998 超過 25 個國家核准使用作為法庭證據
codis
CODIS 資料庫
  • CODIS (Combined DNA Index System)
  • 美國各州州政府協助 FBI 所建立之罪犯 DNA 資料庫
  • 引發隱私權爭議
sir alec jeffreys dna
Sir Alec Jeffreys 與 DNA 鑑定
  • 1975 英國牛津大學 Ph.D.
  • 1975 – 1977 University of Amsterdam
  • 1977 University of Leicester, UK
  • 首先發展出 RFLPs – restriction fragment length polymorphisms 技術
  • 1984 發展出 multilocus VNTR 核酸探針
  • 1986 獲選為 FRS (Fellow of Royal Society) 並冊封為爵士 (Sir)
  • 1998 獲得 Australia Prize
dna dna profile
DNA圖譜 (DNA Profile) 在法醫學上的應用

1. 刑事犯罪證據的鑑定 (性侵害, 命案等)

2. 親屬關係的鑑定

3. 識別個人身分 (大型災難, 無名屍體等)

4. 建立罪犯 DNA 資料庫

5. 財產鑑定 (貴重財產加 DNA 密碼)

6. 保育類生物鑑定

7. 其他

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證物的採集
  • 血跡證物
  • 精液證物
  • 唾液證物
  • 其他 (組織, 皮屑, 毛髮等)
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血跡證物的採集與保存
  • 現場的任何血跡證物都要盡量保持型態上的完整
  • 採證前務必先仔細拍照存證
  • 如血跡未乾, 應先設法使其乾燥
  • 乾燥法以自然乾燥為佳
  • 採證後應立刻冷藏
  • 乾燥與冷藏為保存體液與生理物證的兩個基本原則
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精液物證的採樣與保存
  • 犯罪現場採樣 (如床單, 衣物, 紙張等)
  • 受害者身體上採樣
  • 物證保存注意低溫與乾燥原則
  • 採證前要調查清楚受害者遭侵犯前 72 小時的性生活情形
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唾液物證的採樣與保存
  • 犯罪現場採樣的煙蒂, 飲料杯罐常遺留有嫌犯的唾液
  • 先照相並標示物證的位置
  • 不同位置發現的物證, 要分別包裝與註明
  • 嫌犯與受害者的唾液採樣, 通常採漱口方式, 或以白紙置於舌根下採取唾液
rflp r estriction f ragment l ength p olymorphism
RFLP 原理(Restriction Fragment Length Polymorphism)
  • RFLP: 一種 DNA 分析技術⃘ 當以核酸限制酵素 (restriction endonuclease) 切割二不同生物個體的 DNA 時, 若切割碎片大小不同, 則經電泳後在膠片上會出現不同形式的排列
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人類染色體中的重複片段
  • 前後縱排重複

1. 微衛星體

2. 迷你衛星體

3. 巨衛星體

  • 散佈重複
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前後縱排重複
  • 微衛星體 (microsatellites)

小於 1 kb, 例如 (AC)n , (XXX)n, (XXXX)n

  • 迷你衛星體 (minisatellites)

1~30 kb, 例如 VNTRs,

DNA 分析上最常用

  • 巨衛星體 (macrosatellites)

數 mb, 例如 alpha satellites,

位於染色體中節與端粒處

vntrs analysis
VNTRs Analysis 原理

1. 以 restriction enzymes 切割 DNA (切位正好在 VNTR 區域外面)

2. 分割後的 DNA 片段進行電泳跑膠

3. 以特定 DNA probes 進行 Southern blotting

4. 進行 banding 的分析比對

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DNA探針的標記

螢光標記 放射線同位素標記

aflp a mplified f ragment l ength p olymorphism
AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)
  • AFLP 方法類似 RFLP, 但是 AFLP 是以 PCR 放大 DNA 後去跑電泳, 而非用核酸限制酵素切割後去跑電泳
  • PCR 跑電泳 分析
  • AFLP 較省時, 只約需 1~2 天 (RFLP 則需一星期左右)
  • 缺點: 進行PCR時, 微量污染便會造成極大的誤差
strs short tandem repeats
STRs (Short Tandem Repeats)
  • 短序列 (2~4 bases) 重複片段, 敏感度高
  • 適用於稀少易分解樣品, 如精液
  • 有市售自動化儀器, Kit, 及晶片產品
mitochondiral dna analysis
粒線體 Mitochondiral DNA Analysis
  • 粒線體 DNA 為母系遺傳
  • 敏感度極高, 適用已破壞的樣品, 如頭髮與枯骨
  • 數量遠大於細胞核染色體
  • D-Loop 區用於法醫學鑑定
  • 親子鑑定最佳
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DNA 分析敏感度

敏感度

RFLP

樣品數量

PCR

AFLP

STR

mtDNS

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DNA 鑑定的一些技術考量

1. 樣品

  • 應避免污染
  • 檢體取得後應立刻低溫保存
  • 愈快萃取 DNA 愈好

2. DNA digestion

  • 避免不完全的分解
  • 避免使用對甲基化 (methylation) 不敏感的酵素
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DNA 鑑定的一些技術考量

3. 電泳

  • Gel 濃度與厚度要適當
  • 電壓
  • 緩衝液濃度
  • 樣品 loading 的位置 (中央或邊緣)

4. Probe 的選取

  • 避免與污染細菌 DNA 產生雜交
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PCR (聚合脢連鎖反應) 在法醫學上的應用

1. 操作簡便

2. 樣品需求少

3. 快速

4. 已有 commercial kits 上市

5. 需建立標準方法, 取得公信力

6. 應注意樣品污染問題

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科學證據的認證標準
  • 佛瑞原則 (Frye Rule)
  • 聯邦證據原則 (Federal Rules of Evidence)
frye rule
佛瑞原則 (Frye Rule)
  • 乃要求新型科學證據所依據的理論與技術, 必須在其所屬的專門領域中已獲得一般性的承認 (general acceptance) 以作為其證據容許性 (admissibility) 的要件
federal rules of evidence
聯邦證據原則 (Federal Rules of Evidence)
  • 將科學證據視同一般其他證據看待, 評估證據的合法性真實性以及可信度, 是否遠超過它可能對陪審團造成誤導偏見或是混淆的程度
  • 條件較佛瑞原則寬鬆
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反對DNA證據的一些理由
  • 專家證人的利益衝突
  • 鑑定人員的專業訓練不足
  • 證物在提交前後可能遭到污染
  • 許多測試程序沒有經過同業間的評鑑
  • 失誤率不明
  • 未將失誤率涵蓋在統計運算中
dna vs
DNA資料 vs 倫理法律和社會
  • 主要關切點為個人隱私, 例如遺傳疾病合法生育性向預測….等, 是否會造成個人在社會上受到不公平的待遇?
  • 樣品的取得
  • 資料庫的建立與使用權
slide47
DNA圖譜分析法的展望
  • 精確度
  • 標準化
  • 快速鑑定
  • 自動化
  • 不同人種以及個體差異的區別
  • 人類以外其他動植物資料庫的建立