DNA 鉴识科学自 1980 年代发展以来，目前正迈入青壮年时期，许多技术、设备、试剂、和操作程序都已标准化。当今以短重复序列 (short tandem repeats, STR) 分析为核心的 DNA 鉴识技术是针对许多特定位置 (loci) 分析每个位置之短 DNA 序列 (2-5 个碱基对) 的重复数目，再将 10 个 (英国和欧洲) 或 20 个 (美国) 特定位置各自的重复系列数目集结起来以数字呈现，即可得到由一串数字组成的 DNA 指纹。每个人都有独特的 DNA 指纹，而数位化的 DNA 指纹又方便存入大型 DNA 数据库，随时可调阅和比对。不过现在的 DNA 鉴识体制仍存在许多限制，简述如下：
一、犯罪现场相当复杂
一般环境本来就存在大量的微生物、花粉颗粒、孢子、脱落细胞等带有 DNA 的物质，而有生物活动的表面也会残余完整或片段的 DNA。研究显示人的皮肤只要接触到其他物质就可能残留皮肤细胞，因此从指纹也可能采集到 DNA。但研究亦显示人体带有的外来细胞数可能与本身的细胞数相当甚至更多，所以每个人摸过的表面当然不会只有自己的细胞，还会留下各种微生物。综观上述条件，再加上犯罪现场往往复杂而有多人进出 (受害者、犯人、第一发现者、救护人员、保全、邻居、警察、鉴识人员、媒体、家属、朋友等等)，要从中采集 DNA 并确认该检体来自犯人确实相当困难，比对过程也会非常辛苦。
二、DNA 的检体量不足
尽管现在 PCR 技术可放大微量 DNA 片段，但若犯人的 DNA 检体不足，可能就无法建立完整的 DNA 指纹，甚至可能无法在犯人和犯人的近亲之间做出区隔，因而增加结果误判或无鉴别度的可能性。
三、时间点的问题
取得 DNA 检体之后，即使与犯人的 DNA 吻合，仍无法解决一项很重要的问题 – 到底这份 DNA 是在犯案前、犯案当下、还是犯案后所留下？目前如果没有其他的人证和物证，单用 DNA 检体在许多情况都无法构成在场证明，现有 STR 分析也无法探究 DNA 留在现场的时间。
NGS 技术可望弥补一部分的 DNA 鉴识缺陷
随着新世代 DNA 定序技术 (NGS) 持续进展，目前已可用相当低的价格针对大量的 DNA 片段进行即时定序，定序和判读序列的速度也大幅提升。就近期而言，NGS 技术应该不会取代已经系统化而广泛被警政机关和法院接受的 STR 分析技术，但在许多关键的地方仍可担任重要的辅助角色。以下列举 NGS 技术现在和未来可望派上用场的情况：
一、锁定嫌疑人 DNA
在 DNA 讯号紊乱不堪的犯罪现场，NGS 技术可直接针对检体中的所有 DNA 片段进行定序，借此快速排除不相关的片段并锁定真正重要的 DNA 片段。
二、定序粒线体 DNA (mtDNA)
在 DNA 检体极度不足而无法建立 DNA 指纹的状况下，透过 NGS 技术即可针对细胞含量较高的粒线体 DNA 进行定序。粒线体 DNA 的异质性非常高，不仅个体之间的粒线体基因体会存在显著差异，同一个体不同组织之间的粒线体 DNA 也会有所差异。透过 NGS 技术将粒线体基因体完整定序和比较，在 DNA 指纹不完整的情况下将可提供检体和犯人之间的强力连结。
三、定序 Y 染色体
现在对于男性犯人多会使用 Y 染色体的 STR 分析进行鉴识，尤其当受害者是女性而背景值有大量女性细胞时 (亦即多数性犯罪和家暴案件的情况)，以 Y-STR 分析建立犯人的 DNA 指纹比较有效率。不过 Y-STR 分析难以区分有共同男性祖先 (如同父兄弟或堂兄弟) 的个体，因为理论上这些人带有的 Y 染色体是一样的，STR 分析结果也会完全一样。这时就可运用 NGS 技术针对 Y 染色体直接定序和比较相关序列。近期的研究显示，针对两位在 13 代以前有共同男性祖先的男生进行 Y 染色体定序，在 1000 万个碱基对的定序结果即发现四个差异点，显示 NGS 技术具有一定的鉴别度。
四、微生物定序
人体上带有的外来微生物细胞数与自身细胞数相当或更多，而且每个人身上带有的微生物种类和比例也有所不同。 NGS 技术可望针对犯罪现场的微生物 DNA 序列进行定序和定量，进而与犯人身上的微生物种类和比例进行比对。不过由于人体上的微生物生态系也会随时间变动，所以这种方法大概只能运用在案发后短时间内已经掌握犯人的情况。
五、积极鉴识
目前透过 STR 分析结果建立 DNA 指纹后，也只能与既有的 DNA 数据库比对才能查到犯人的相关资讯；如果是初犯或过去未提供 DNA 资料的犯案者，有在完整的 STR 分析结果也没辙。但 NGS 技术因为可针对犯人残留的细胞进行全基因体定序，因此可得知其肤色、虹膜颜色、头发类型、种族等各种表观资讯，而这或许会是未来 NGS 技术可超越 STR 分析，在 DNA 鉴识科学一枝独秀的运用。
2004 马德里列车恐怖攻击与未来 DNA 鉴识科学的面貌
在 2004 年西班牙大选前三天的早上尖峰时间，11 颗土制炸弹在马德里市中心的四辆通勤列车上相继引爆，造成 192 人身亡、超过 2,000 人受伤 (图一)。
图一 2004 马德里列车恐怖攻击案意外开启了 NGS 技术在 DNA 鉴识科学的新应用 | 图片来源: http://www.sekuritaci.cz/
西班牙政府随即展开大规模搜查，而西班牙 Santiago de Compostela 大学的基因鉴识科学中心也针对犯人留下的旅行袋、衣物、以及土制炸弹上的检体进行分析，并利用当时尚在发展雏形的 NGS 技术针对检体进行定序。西班牙的研究团队并根据当时已知与种族、肤色、虹膜颜色、头发类型的单核苷酸变异 (single nucleotide polymorphism, SNP) 进行分析，总共建立七位犯人的完整表观型态，并提供给警方。在爆炸案发生后 24 天，警方将四名嫌疑人围困在一间公寓，后来嫌疑人选择引爆炸弹自杀。事后分析显示其中两位嫌疑人的外观与 Santiago de Compostela 大学基因鉴识科学中心提出的表观型态资料有所吻合。现在 NGS 技术已远远领先 2004 年的技术，对于基因和 SNP 与人类外观的连结也有更深入的了解。未来与 NGS 技术结合的 DNA 鉴识科学，或许不只是建立指纹，而是可以将犯人的相貌、外观、甚至饮食嗜好和行为模式完整呈现，对于办案效率和法庭定罪将可带来突破性的进展。
下期预告：
除了介绍 DNA 鉴识科学的演进与未来发展，基因线上很荣幸邀请到“神探”李昌钰博士的得意门生 ─ 李承龙博士，和我们分享精彩的实务经验与当前国际最夯的“刑事 DNA 生理描绘技术”(Forensic DNA Phenotyping System- prediction of physical appearance)，敬请期待：《李承龙博士专访》鉴识与生科的跨领域对话 真实的 CSI 犯罪现场 !
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