豐 蕾,楊 帆,李彩霞,徐 珍,凃 政,李萬水,胡 蘭,*
(1.公安部物證鑒定中心 法醫(yī)遺傳學(xué)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038;2.上海市公安局刑偵總隊(duì),上海 200083)
單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究
豐 蕾1,楊 帆2,李彩霞1,徐 珍1,凃 政1,李萬水1,胡 蘭1,*
(1.公安部物證鑒定中心 法醫(yī)遺傳學(xué)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038;2.上海市公安局刑偵總隊(duì),上海 200083)
法醫(yī)單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)是微量混合DNA樣本檢驗(yàn)最有效的方法之一。 常規(guī)的單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)包括單細(xì)胞分離、單細(xì)胞裂解、PCR擴(kuò)增、數(shù)據(jù)分析。本文將詳細(xì)介紹單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)原理和應(yīng)用進(jìn)展,同時(shí)展望了單細(xì)胞測(cè)序在法醫(yī)DNA的應(yīng)用前景。近5年來,單細(xì)胞分離、全基因組擴(kuò)增和二代測(cè)序技術(shù)的結(jié)合而產(chǎn)生的單細(xì)胞測(cè)序技術(shù),將 為法醫(yī)遺傳學(xué)檢測(cè)提供一種全新的技術(shù)和思路,尤其為微量混合生物樣品檢驗(yàn)提供全新的技術(shù)手段。
法醫(yī)遺傳學(xué);單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù);微量混合樣本;單細(xì)胞測(cè)序;二代測(cè)序
生物體是由單個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的,人體大約由不同組織的3.72×1013個(gè)細(xì)胞組成[1]。微量混合DNA的檢驗(yàn)一直都是法醫(yī)DNA檢驗(yàn)的難題。雖然通過計(jì)算的方法可以對(duì)混合DNA圖譜拆分解釋[2,3], 但是對(duì)于復(fù)雜混合圖譜,比如一個(gè)成分占主要時(shí)次要成分的檢驗(yàn),或者3人以上混合圖譜的解釋就非常困難。細(xì)胞分離是一種獲得單一個(gè)體DNA分型相對(duì)直接的方式,低至幾個(gè)細(xì)胞甚至單個(gè)細(xì)胞的單細(xì)胞檢驗(yàn)技術(shù)[4]也是微量DNA檢驗(yàn)的有效途徑。以高通量為特點(diǎn)的第二代測(cè)序技術(shù)(next generation sequencing,NGS),能夠?qū)资f條DNA同時(shí)測(cè)序,實(shí)現(xiàn)了快速、高效、低成本的測(cè)序[5]。近幾年來,單細(xì)胞分離技術(shù)和二代測(cè)序技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的單細(xì)胞測(cè)序(single-cell sequencing, SCS)技術(shù)[6]將為法醫(yī)DNA檢驗(yàn)帶來全新的技術(shù)手段。
單細(xì)胞分離的方法很多,包括顯微操作技術(shù)(micromanipulation)、激光捕獲顯微切割技術(shù)(laser capture microdissection, LCM)、 微流控技術(shù)(microfluidic platforms)等。目前在法醫(yī)DNA檢驗(yàn)中實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)平臺(tái)有兩種,顯微操作技術(shù)和激光捕獲顯微切割技術(shù)。
1.1 細(xì)胞染色
由于在實(shí)際案件中獲得的細(xì)胞,細(xì)胞形態(tài)并不是實(shí)驗(yàn)室理想的形態(tài),為了更好的識(shí)別細(xì)胞,在普通顯微鏡下觀察時(shí)需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色。對(duì)于上皮細(xì)胞,我們研究組嘗試了不同的染色方法,通過聯(lián)用顯微操作技術(shù)對(duì)龍膽紫濃度梯度及時(shí)間梯度染色進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),0.5μ L龍膽紫染液(0.05g/mL)加入100μL細(xì)胞懸液,5 min后胞核著色即已明顯,能有效提高顯微捕獲單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)的檢測(cè)效能,另外,染色時(shí)間不影響DNA結(jié)果分析[7]。對(duì)于精子細(xì)胞染色,Di Martino等通過對(duì)比核固紅與巴氏染色法,證實(shí)巴氏染色法不僅能清晰的觀察精子細(xì)胞,而且不影響下游PCR擴(kuò)增[8]。Sanders等通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蘇木素/伊紅染色法(H&E)染色后的精子細(xì)胞STR分型峰高下降幅度較小,不影響分型結(jié)果[9]。也可以用熒光原位雜交技術(shù)對(duì)精子細(xì)胞的性染色體進(jìn)行標(biāo)記[10]。
1.2 顯微操作技術(shù)
顯微操作技術(shù)是在顯微鏡下通過微毛細(xì)管吸取單個(gè)細(xì)胞。典型的顯微控制系統(tǒng)包含一個(gè)倒置顯微鏡加上一個(gè)操縱桿操作,電動(dòng)精密控制平臺(tái)。其優(yōu)點(diǎn)是操作容易進(jìn)行,通過顯微鏡直觀地分離單個(gè)細(xì)胞,成本低,主要用于較小細(xì)胞群體中的目標(biāo)細(xì)胞分離。該平臺(tái)適合對(duì)案件中上皮細(xì)胞進(jìn)行分離,3個(gè)口腔上皮細(xì)胞平行16次試驗(yàn)均可獲得完整分型,甚至低至一個(gè)細(xì)胞也可得到完整分型,該方法已成功應(yīng)用于一起強(qiáng)奸案的檢驗(yàn)。在該案件中,提取受害人皮膚上的唾液斑,通過在鏡下分離有核的口腔上皮細(xì)胞(來自于犯罪嫌疑人)和無核角化的上皮細(xì)胞或細(xì)胞碎片(來自于受害者皮膚),成功獲得嫌疑人的STR分型[4,11]。在案件中常碰到的血煙頭檢材,由于血液量大,常規(guī)方法很難獲得煙頭上唾液來源個(gè)體的STR分型,即使用單細(xì)胞分離檢驗(yàn)時(shí),也常常獲得混合STR分型。本課題組在顯微操作標(biāo)準(zhǔn)流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),將吸取的細(xì)胞先在TNE緩沖液中清洗幾次,以徹底去除血液細(xì)胞碎片和游離DNA,最終獲得完整唾液來源個(gè)體的DNA分型[12]。也有報(bào)道將顯微操作分離的方法用于精子分離[13,14],但精子細(xì)胞體積非常小,直徑只有約6μ m,毛細(xì)管吸取操作相對(duì)困難,下面介紹的激光捕獲顯微切割技術(shù)平臺(tái)更加適合精子細(xì)胞的分離操作。
顯微操作法存在以下幾個(gè)方面的不足。第一,由于依賴手工操作,對(duì)實(shí)驗(yàn)員的經(jīng)驗(yàn)與操作能力要求較高,自動(dòng)化程度較低,而且玻璃吸針脆性大,操作時(shí)易碎。第二,耗時(shí)較長(zhǎng),操作繁瑣。第三,對(duì)于涂片后的檢材,必須在液體環(huán)境下進(jìn)行操作,容易受蒸發(fā)的影響,檢材蒸干后,再補(bǔ)水時(shí)容易造成檢材的損失,甚至帶來污染。第四,對(duì)于案件中陳舊樣本,根據(jù)形態(tài)識(shí)別細(xì)胞容易出錯(cuò)。
1.3 激光捕獲顯微切割技術(shù)
激光捕獲顯微切割技術(shù)是利用UV(320~400nm)激光切割并捕獲涂于覆膜玻片上的細(xì)胞。儀器設(shè)備較昂貴,自動(dòng)化程度較顯微操作技術(shù)平臺(tái)高,是目前法醫(yī)學(xué)應(yīng)用最有效的單細(xì)胞分離方法,可用于上皮細(xì)胞、精子細(xì)胞、白細(xì)胞等不同類型的細(xì)胞分離。目前,該平臺(tái)應(yīng)用較多的是性侵案中差異裂解法無法消除女性成分干擾的精斑檢材,通過在顯微鏡下尋找并捕獲精子細(xì)胞以消除女性成分。由于精子細(xì)胞是單倍體,理論計(jì)算證明捕獲15~20個(gè)未降解的精子細(xì)胞,有很高的可能性獲得完整的STR分型[15],實(shí)驗(yàn)證明至少捕獲30個(gè)精子細(xì)胞可獲得完整的STR分型。也有學(xué)者應(yīng)用懸液熒光原位雜交(suspension fluorescence in situ hybridization,S-FISH)對(duì)性侵案樣本進(jìn)行標(biāo)記,通過這種方法可以明顯減少前處理操作步驟[16]。
對(duì)于多個(gè)精子貢獻(xiàn)者的混合精斑,差異裂解法不能將每個(gè)貢獻(xiàn)者完全分離。近年來,我們研究組在這方面有深入的研究。通過聯(lián)合使用激光捕獲顯微切割方法和低體積擴(kuò)增技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)以單個(gè)精子細(xì)胞DNA為模板,進(jìn)行Y-STR擴(kuò)增檢測(cè),并成功獲得三人混合精斑中各個(gè)來源人的Y-STR分型[10]。研究組進(jìn)一步使用熒光原位雜交技術(shù)標(biāo)記Y型精子,特異性挑選Y型精子,通過優(yōu)化組合Y-STR基因座與10個(gè)常染色體STR基因座(auto-STR),構(gòu)建全新的YA-STR復(fù)合系統(tǒng)。其中,Y-STR基因座用于區(qū)分不同個(gè)體,通過組合Y-STR相同的圖譜,實(shí)現(xiàn)個(gè)體的常染色體STR分型檢驗(yàn)。首次嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于三人混合精斑的檢驗(yàn),準(zhǔn)確地獲得了三個(gè)個(gè)體的STR分型[17]。近年來,我們研究組還利用該平臺(tái)建立了男女混合血液樣本的分離檢驗(yàn)技術(shù)方法[18]。該平臺(tái)在尋找細(xì)胞這一步驟時(shí)耗時(shí)耗力。有研究組開發(fā)了自動(dòng)化的圖像識(shí)別軟件,通過分析圖像中的光強(qiáng)、顏色和形狀,可實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別細(xì)胞[16,19],但是對(duì)不同種類細(xì)胞準(zhǔn)確快速的識(shí)別仍需要進(jìn)一步的研究。
1.4 微流控技術(shù)
最近興起的微流控技術(shù)平臺(tái)因其高通量、自動(dòng)化、可有效防止污染而備受關(guān)注。微流控裝置封閉的操作空間可以有效地避免污染,微升至納升的操作體積可以保證較高的樣品濃度,同時(shí)減少試劑消耗[20,21],雖然目前還沒有在法醫(yī)學(xué)單細(xì)胞分離中實(shí)際應(yīng)用,但未來有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
分離得到單細(xì)胞后,需將細(xì)胞裂解獲得基因組DNA。傳統(tǒng)的法醫(yī)DNA檢測(cè)需要對(duì)基因組DNA進(jìn)行純化,而對(duì)于單細(xì)胞檢驗(yàn),為了避免DNA的損失,常略去純化步驟,裂解后直接進(jìn)行PCR擴(kuò)增。因此,裂解步驟要保證不影響后續(xù)PCR擴(kuò)增反應(yīng)的順利進(jìn)行。目前主要使用蛋白酶裂解, 常用蛋白酶K或Protease(德國(guó)QIAGEN公司),酶解后高溫使胞內(nèi)蛋白質(zhì)及蛋白酶K變性失活,利于基因組DNA的釋放和下游PCR反應(yīng)。對(duì)于精子細(xì)胞可加入DTT,打斷二硫鍵,使細(xì)胞充分裂解[10,22]。
一個(gè)細(xì)胞中的總DNA量?jī)H有數(shù)匹克,常規(guī)的PCR管擴(kuò)增需要的細(xì)胞數(shù)目較多,我們的研究結(jié)果顯示至少20個(gè)口腔上皮細(xì)胞或60個(gè)精子細(xì)胞檢測(cè)到Identifiler? PCR 試劑盒(美國(guó)ABI公司)中全部分型。最近幾年發(fā)展起來的微量化反應(yīng),即芯片-低體積PCR擴(kuò)增(on-chip low volume-polymerase chain reaction,LV-PCR)系統(tǒng)[23, 24],在低至1.5 μL的PCR體系中,DNA模板與引物和聚合酶結(jié)合的機(jī)會(huì)明顯提高,使微量細(xì)胞甚至單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行DNA分型變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),不僅檢測(cè)的靈敏度得到提高,而且檢驗(yàn)范圍也大大拓寬了。LV-PCR使用貝克曼公司的AG480F AmpliGrid slide進(jìn)行擴(kuò)增,前期大量的研究都是使用該產(chǎn)品進(jìn)行,而且實(shí)驗(yàn)證明該產(chǎn)品靈敏度、準(zhǔn)確性可滿足法醫(yī)單細(xì)胞檢驗(yàn)的要求。
另外一種最新的方法也值得關(guān)注,是在微液滴里進(jìn)行PCR擴(kuò)增。首先將單個(gè)細(xì)胞和熒光標(biāo)記引物結(jié)合的微珠隨機(jī)擴(kuò)散在1.5 nL的油包裹的瓊脂微流液滴中,在大量微液滴內(nèi)進(jìn)行平行的PCR擴(kuò)增反應(yīng)后,于 PCR擴(kuò)增管內(nèi)進(jìn)行二次擴(kuò)增,常規(guī)毛細(xì)管電泳檢測(cè)[25],通過對(duì)大量單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行平行9重STR檢測(cè),獲得混合樣本各成分的STR分型。
單細(xì)胞檢驗(yàn)由于DNA模板量非常低,其缺帶、多帶等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,stutter峰較常規(guī)擴(kuò)增強(qiáng),單細(xì)胞檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析和低拷貝DNA的分析方法類似,需平行擴(kuò)增,綜合多次結(jié)果獲得最終的STR分型[26,27]。一般來說至少需獲得5次有效分型(獲得13個(gè)基因座以上的結(jié)果)[28],重復(fù)3次及以上的位點(diǎn)才能確認(rèn)為有效位點(diǎn)。
在二代測(cè)序技術(shù)和全基因組擴(kuò)增技術(shù)(whole genome amplification, WGA)發(fā)展的基礎(chǔ)上,2011年,Navin等人首次發(fā)明了單細(xì)胞測(cè)序(single-cell sequencing, SCS)技術(shù)[6],測(cè)定了人體單個(gè)細(xì)胞的基因組DNA。單細(xì)胞測(cè)序的文章呈逐年遞增狀態(tài),從2011~2014年,由5篇文章上升至近30篇,涉及生物學(xué)多個(gè)領(lǐng)域,發(fā)表于生物學(xué)頂級(jí)期刊上[28]。2013年,《科學(xué)》雜志將單細(xì)胞測(cè)序列為年度領(lǐng)域榜首,《自然方法》雜志將單細(xì)胞測(cè)序列為2013年年度最重要的方法學(xué)進(jìn)展。
5.1 全基因組擴(kuò)增技術(shù)
由于單個(gè)細(xì)胞DNA含量有限,需進(jìn)行全基因組擴(kuò)增才能滿足二代測(cè)序的最低DNA量。目前,已有多種以單個(gè)基因組為模板的全基因擴(kuò)增技術(shù),簡(jiǎn)稱寡核苷酸引物PCR 技術(shù)(degenerate oligonucleotide primed PCR, DOP-PCR)和多重置換擴(kuò)增技術(shù)(multiple displacement amplification, MDA)。其中DOP-PCR方法覆蓋率低,但可獲得準(zhǔn)確的拷貝數(shù)[6]。MDA方法是在恒溫下利用具有強(qiáng)模板結(jié)合的phi29DNA 聚合酶和六聚物進(jìn)行鏈置換擴(kuò)增反應(yīng)。Phi29DNA聚合酶具有3’→5’外切酶活性,并且具有特殊的多重置換和連續(xù)合成特性,產(chǎn)生的DNA片段較大,約為50~100 kb,可以覆蓋基因組的90%以上,和DOP-PCR方法一樣也會(huì)產(chǎn)生不同區(qū)域擴(kuò)增不平衡性,MDA方法產(chǎn)生的不平衡性不具有重復(fù)性[29]。2012年,首次報(bào)道了基于多次退火環(huán)狀循環(huán)的擴(kuò)增技術(shù)(multiple annealing and looping-based amplification cycles, MALBAC),該方法結(jié)合MDA 擴(kuò)增技術(shù)和PCR 擴(kuò)增技術(shù)的優(yōu)勢(shì),利用特殊設(shè)計(jì)的引物,巧妙地使擴(kuò)增子的結(jié)尾通過互補(bǔ)而成環(huán),進(jìn)而在一定程度上防止了基因組DNA 的指數(shù)性擴(kuò)增,明顯降低了擴(kuò)增偏倚性,并顯著提高覆蓋度[22],但是該方法使用Bst聚合酶,沒有校錯(cuò)活性(proofreading activity)?,F(xiàn)有的商業(yè)化試劑盒各項(xiàng)參數(shù)見表1。全基因組擴(kuò)增技術(shù)雖然仍然會(huì)有基因缺失等問題,但是相信隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步,擴(kuò)增的準(zhǔn)確性會(huì)逐步提高。
表1 不同單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增試劑盒參數(shù)比較[29]Table1 Comparison of key parameters among single-cell whole-genome amplifi cation kits
5.2 二代測(cè)序技術(shù)
對(duì)單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增后進(jìn)行二代測(cè)序。二代測(cè)序技術(shù)具有快速、高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)[5]。近兩年來的研究表明,二代測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性很高,與傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序相當(dāng)[30]。二代測(cè)序技術(shù)在法醫(yī)學(xué)中應(yīng)用研究很多,目前已經(jīng)有兩種商業(yè)化的試劑盒,美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司開發(fā)的基于SNP 的the HID-Ion AmpliSeqTMIdentity Panel和the HIDIon AmpliSeqTMAncestry Panel,主要通過SNP檢測(cè)進(jìn)行個(gè)體識(shí)別和祖先推斷;美國(guó)Illumina公司開發(fā)的ForenSeqTMDNA Signature Prep Kit,在一個(gè)PCR反應(yīng)中可以同時(shí)擴(kuò)增27個(gè)常染色體STR, 8個(gè)X-STR,25個(gè)Y-STR,95個(gè)個(gè)體識(shí)別SNPs,56個(gè)祖先信息標(biāo)記(ancestry informative markers, AIMs)和24個(gè)顯性特征SNPs,更適合法醫(yī)學(xué)應(yīng)用。這兩個(gè)公司使用的測(cè)序技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。
表2 兩種法醫(yī)學(xué)二 代測(cè)序試劑盒比較Table2 Comparison of key parameters between two forensic NGS kits
目前單細(xì)胞測(cè)序尚未應(yīng)用到法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,但是具有很好的應(yīng)用前景,是單細(xì)胞檢驗(yàn)未來發(fā)展的重要方向。單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增后,利用二代測(cè)序大量平行測(cè)序的特點(diǎn),對(duì)幾百個(gè)甚至幾千個(gè)細(xì)胞進(jìn)行平行測(cè)序,相當(dāng)于對(duì)一個(gè)樣本進(jìn)行數(shù)百次檢測(cè),通過重復(fù)測(cè)定可部分克服全基因組擴(kuò)增帶來的基因缺失的不足。再者,該技術(shù)可以檢測(cè)混合樣本中次要成分的STR分型或者三人及以上混合樣本,一次獲得不同個(gè)體的STR、SNP等多種遺傳標(biāo)記。目前,單細(xì)胞測(cè)序成本偏高,需進(jìn)一步研發(fā)多重單細(xì)胞DNA測(cè)序平臺(tái),能夠以較低的成本平行檢測(cè)數(shù)百個(gè)細(xì)胞,另外,作為第三代測(cè)序技術(shù)的單分子實(shí)時(shí)測(cè)序可直接“讀取”DNA序列[30],也是未來發(fā)展方向之一。
總之,微量混合生物樣本的檢驗(yàn)一直是制約DNA檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)揮作用的瓶頸,傳統(tǒng)的單細(xì)胞檢驗(yàn)技術(shù)因其高靈敏度、可特異性挑選細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際案件中微量混合生物樣本的檢驗(yàn),而單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)結(jié)合了二代測(cè)序技術(shù)大規(guī)模平行檢測(cè)的特點(diǎn),將為微量混合生物樣品檢驗(yàn)提供一種全新的技術(shù)手段。
[1] Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, et al.An estimation of the number of cells in the human body [J].Ann Hum Biol, 2013,40(6):463-471.
[2] Budowle B, Onorato AJ, Callaghan TF, et al.Mixture interpretation: defining the relevant features for guidelines for the assessment of mixed DNA profiles in forensic casework [J].J Forensic Sci, 2009,54(4):810-821.
[3] Gill P, Brown RM, Fairley M, et al.National recommendations of the technical UK DNA working group on mixture interpretation for the NDNAD and for court going purposes [J].Forensic Sci Int Genet, 2008,2(1):76-82.
[4] Li CX, Qi B, Ji AQ, et al.The combination of single cell micromanipulation with LV-PCR system and its application in forensic science [J].Forensic Sci Int Genet Supplement Series,2009,2(1):516-517.
[5 Mardis ER.A decade’s perspective on DNA sequencing technology[J].Nature, 2011,470(7333):198-203.
[6] Navin N, Kendall J, Troge J, et al.Tumour evolution inferred by single-cell sequencing [J].Nature, 2011,472(7341):90-94.
[7] 朱典,李彩霞,黃江平,等.龍膽紫染色法在顯微捕獲單細(xì)胞分離技術(shù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志, 2011,26(3):173-175+262.
[8] Di Martino D, Giuffre G, Staiti N, et al.Single sperm cell isolation by laser microdissection [J].Forensic Sci Int, 2004, 2(146 Suppl):S151-153.
[9] Sanders CT, Sanchez N, Ballantyne J, et al.Laser microdissection separation of pure spermatozoa from epithelial cells for short tandem repeat analysis [J].J Forensic Sci, 2006,51(4):748-757.
[10] 楊帆,曾憲海,豐蕾,等.激光捕獲顯微分離技術(shù)分離多人混合精斑[J].中國(guó)法醫(yī)學(xué)雜志, 2014,29(4):304-307.
[11] Li CX, Wang GQ, Li WS, et al.New cell separation technique for the isolation and analysis of cells from biological mixtures in forensic caseworks [J].Croat Med J 2011,52(3):293-298..
[12] Xu C, Feng L, Yang F, et al.Mucosal cell isolation and analysis from cellular mixtures of three contributors [J].J Forensic Sci,2015,60(3):783-786.
[13] Petit C, Martel-Petit V, Hienne R, et al.Single sperm cell isolation by micromanipulation for human identification in sexual assault[J].Forensic Sci Int Genet Supplement Series,2008,1(1):60-62.
[14] 馮雪飛,胡蘭,張惠芹,等.顯微操作方法捕獲精子細(xì)胞及對(duì)其DNA分型結(jié)果研究[J].中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2006(2):34-38.
[15] Lucy D, Curran JM, Pirie AA, et al.The probability of achieving full allelic representation for LCN-STR profiling of haploid cells[J].Sci Justice, 2007,47(4):168-171.
[16] Vandewoestyne M, Van Hoofstat D, Van Nieuwerburgh F, et al.Suspension fluorescence in situ hybridization (S-FISH) combined with automatic detection and laser microdissection for STR profiling of male cells in male/female mixtures [J].Int J Legal Med, 2009,123(5):441-447.
[17] Han JP, Yang F, Xu C, et al.A new strategy for sperm isolation and STR typing from multi-donor sperm mixtures [J].Forensic Sci Int Genet, 2014,13:239-246.
[18] Feng L, Li CX, Han JP, et al.Isolating cells from female/male blood mixtures using florescence in situ hybridization combined with low volume PCR and its application in forensic science [J].Int J Legal Med, 2014,14:14.
[19] Vandewoestyne M, Van Hoofstat D, Van Nieuwerburgh F, et al.Automatic detection of spermatozoa for laser capture microdissection[J].Int J Legal Med, 2009,123(2):169-175.
[20] Whitesides GM.The origins and the future of microfluidics [J].Nature, 2006,442(7101):368-373.
[21] Streets AM, Huang Y.Chip in a lab: Microfluidics for next generation life science research [J].Biomicrofluidics, 2013,7(1):011302.
[22] Zong C, Lu S, Chapman AR, et al.Genome-wide detection of single-nucleotide and copy-number variations of a single human cell [J].Science, 2012,338(6114):1622-1626.
[23] Proff C, Rothschild MA, Schneider PM.Low volume PCR (LVPCR) for STR typing of forensic casework samples [J].Int Congress Series, 2006, 1288:645-647.
[24] 亓冰,張平,張家棟,等.低體系擴(kuò)增技術(shù)在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用綜述[J].刑事技術(shù), 2012,(1):46-48.
[25] Geng T, Novak R, Mathies RA.Single-cell forensic short tandem repeat typing within microfluidic droplets [J].Anal Chem,2014,86(1):703-712.
[26] Gill P, Whitaker J, Flaxman C, et al.An investigation of the rigor of interpretation rules for STRs derived from less than 100 pg of DNA[J].Forensic Sci Int, 2000,112(1):17-40.
[27] Budowle B, Eisenberg AJ, van Daal A.Validity of low copy number typing and applications to forensic science [J].Croat Med J, 2009,50(3):207-217.
[28] Wang Y, Navin NE.Advances and applications of single-cell sequencing technologies [J].Mol Cell, 2015,58(4):598-609.
[29] Huang L, Ma F, Chapman A, et al.Single-cell whole-genome amplification and sequencing: Methodology and applications [J].Annu Rev Genomics Hum Genet, 2015,11:11.
[30] Borsting C, Morling N.Next generation sequencing and its applications in forensic genetics [J].Forensic Sci Int Genet,2015,14(15):31-39.
引用本文格式:豐蕾,楊帆,李彩霞,等.單細(xì)胞分離檢驗(yàn)技術(shù)在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究 [J].刑事技術(shù), 2015,40(5):359-363.
Single Cell Separation Testing and Its Forensic Application
FENG Lei1, YANG Fan2, LI Caixia1, XU Zhen1, TU Zheng1, LI Wanshui1, HU Lan1,*
(1.Key Laboratory of Forensic Genetics of Ministry of Public Security, Institute of Forensic Science of Ministry of Public Security, Beijing 100038, China; 2.Institue of Forensic Science, Shanghai Municipal Public Security Bureau, Shanghai 200083, China)
Forensic single cell separation testing technology is one of the most effective ways for trace and mixture DNA sample testing.Traditional single cell separation testing technology includes single cell isolation and lysis, PCR amplifi cation and data analysis.This article details the principle of traditional single-cell separation and its application in case testing,meanwhile places the focus on prospect of single-cell sequencing (SCS) technology into forensic application.The research on SCS has shown tremendous growth over the past fi ve years, and impacted many diverse areas of biological research.However,the study in forensic genetics is as yet waiting for developing.SCS is a combination of the single cell isolation, similar to the traditional single cell separation, with whole-genome amplifi cation and next generation sequencing.In this review, the whole genome amplification and next generation sequencing (NGS) were summarized together with the advantages and disadvantages of the current technologies analyzed.Until now, there are some commercial kits of whole-genome amplifi cation for biological research and ones of next generation sequencing for forensic application.Although the SCS technology is still relatively new, it has been being developed rapidly and will provide new means for forensic testing, especially for trace and mixture sample testing.The grounds root at the quantity-enormous parallel sequencing of NGS that is relied with SCS.This implementation can make one single sample tested hundreds of times so that such repetitious verifi cation will defi nitely produce more complete and accurate information.Besides, next generation sequencing can bring the minor component in mixed sample into its STR types, even leading the mixture containing substance of three or more persons to evidential results,therefore exposing various genetic markers like STR, SNP from different individuals in just one single run of detection.Additionally, the real-time single molecule’s sequencing by the third generation sequencing will set a progressive aspiration for forensic genetics with the direct reading DNA sequence.
forensic genetics; single cell separation technique; trace and mixture sample; single-cell sequencing;next generation sequencing
DF795.2
A
1008-3650(2015)05-0359-05
10.16467/j.1008-3650.2015.05.003
公安部科技強(qiáng)警基礎(chǔ)工作專項(xiàng)項(xiàng)目(No.2014GABJC040)
豐 蕾(1984—),女,副主任法醫(yī)師,博士,研究方向?yàn)榉ㄡt(yī)遺傳學(xué)。 E-mail: fengleink@163.com
胡 蘭,女,主任法醫(yī)師,博士,研究方向?yàn)榉ㄡt(yī)遺傳學(xué)。 E-mail: hulan328@139.com
2015-07-22