犯罪科学系列(一)：次世代定序(NGS)办案的未来指日可待？

美国刑事侦探推理影集《 CSI 犯罪现场》中，科学家在犯罪现场仔细采集微量证物回到实验室，利用先进科学仪器精准分析重建犯罪现场，详实推理出犯罪经过与对象，始终胶着悬疑的案情得以真相大白的过程，相信是许多人熟悉的晚间电视娱乐。但真实办案的过程能如此顺利吗? 随着生物技术的快速发展，如次世代定序 (NGS)、肠道菌等应用兴起，又会为鉴识科学领域带来什么样的新契机呢 ? 基因线上规划一系列的专题报导，包含专文介绍与知名鉴识专家访谈，为读者提供遗传学技术在鉴识科学应用的基本认识及最新的技术进展。

现今鉴识科学的侷限

在现实世界里，我们仍不时听说有悬而未解的疑案，又或是因为证据的缺乏，怀疑是否无辜的人进了监狱，有罪的人仍在外逍遥。因为光凭指纹鉴定、血液分析、齿痕采证等这些历经百年仍坚守岗位的鉴定技术，实则无法在第一时间推敲出所有犯罪的全部样貌，真正锁定该为罪行负责的犯罪者。虽然脱氧核糖核酸（DNA）技术应用于刑事鉴定已有一段时日，各种生物迹证的处理分析也逐渐蓬勃发展。但仍存在许多盲点和可进步的空间，例如分析成本居高不下、当样本材料稀少时，有可能难以指认出犯罪嫌疑人等。

这样的困境，透过近几年发展突飞猛进的遗传医学科技──次世代基因定序技术（Next Generation Sequencing , NGS)，或许能为传统以现场迹证、弹道、指纹、衣物纤维、鞋印等分析为主的法医刑事鉴定，从遗传医学科技解析，提供不一样的角度与新契机。

DNA 技术应用于鉴识科学的过往迎来

一九七O年代起，人类在基因工程的技术开始起飞，虽然大部份是应用于医学及生物的领域，然而随着科技进步，使遗传科技也逐渐跨入法医学的范畴。以 DNA 分型（DNA typing）鉴定犯罪嫌疑人，可说是近代法医学最主要的辅助工具，该技术首先采用于 1985 年英国的个案调查，并于 1986 年首次在美国的商业实验室里进行，1988 年起，美国联邦调查局（FBI）也正式采用。

人体的 DNA 上有许多“短片段重复序列”（short tandem repeat, STR），这些 DNA 片段因个体而有所差异；综合这些不同之处，某地区、国家，甚至全人类个体与个体间的差异，就能以此综合结果加以区分，如同指纹般精准辨识出个人独特的专属密码。目前，是法医用以鉴定 DNA 的主要依据。

从 1983 年开始发展的“聚合酶链锁反应”（polymerase chain reaction, PCR），能在极短时间内扩增特定的 DNA 片段，增加可分析的样本。在法医学上，警方办案时只需采取极少量的检体，如强奸或枪杀痕迹、精液、毛发、组织，将这些微量基因送至实验室，由检验人员利用 PCR 技术放大后，便可以同时检测多个 STR 位点，再采取可疑人犯的基因作比对，往往就能使凶手无所遁形。然而在实务操作中，聚合酶连锁反应可能因各种因素失败，部分原因是由于其对污染的敏感性，导致扩增错误的 DNA 产物。

来源：http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1672022914001053-gr1.jpg

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次世代基因定序 NGS 法医未来新趋势

次世代定序技术（NGS），能产生更加特异的基因标记，并通过集中式数据库收集和共享这些数据，再加上其具有高速自动化分析能力和低成本优势，近年来发展迅速，成为许多基因组研究者的重要分析工具。

在真实世界的法医学中，DNA 样本通常是有限的，无法满足在线粒体基因组中不同染色体上同时分析多个基因座 (locus) 的要求。所以可能导致难以提供足够的证据作为法律判断用途。此外，混合染色鉴定和复杂的亲子关系案例可能都不能使用传统的 STR 基因分型策略解决。 NGS 技术不仅能满足这些要求，而且还具有可应用于更多研究领域的潜能，包括 DNA 数据库构建、祖先和表型推断、同卵双胞胎（monozygotic, MZ）研究、体液、物种鉴定以及法医微生物分析等。

由于 NGS 的成本降低，制造商正在开发适用于法医 DNA 应用设计的定序机台。这些新的测试与仪器将允许法医科学家有能力排序 STR 标记，大幅增加在复杂混合物中区分出个人的可能性并将错误率降低到小于 1% 的机率。此外，替代标记类型如 SNP（单核苷酸多态性）可更容易地整合到中小型的科学实验室中，例如未解决病例中的祖先或表型预测。

法医学未来面临的挑战其实和临床诊断相似：当科学的进步提供了更多数据，该如何解释与挑选最重要的关键证据？此外，还有许多同样重要的议题必须思考，像是隐私和讯息安全。然而在可预期的未来，提升法医学中分子生物检验的层次，提高破案的准确度，应是一致的目标。利用 NGS 技术的力量，从而在法医研究领域中产生新的机会。或许当前进展神速的遗传科学技术，终将可以扮演遏止犯罪的最后一道防线。

下篇将完整介绍 DNA 鉴识科学的起源、技术演变历程与现状，敬请期待：犯罪科学系列 (二)：起源于遗传疾病研究的 DNA 鉴识科学 !

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参考文献：
1. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022914001053
2. https://www.nap.edu/read/1866/chapter/2
3. https://www.nist.gov/programs-projects/forensic-applications-next-generation-sequencing