DNA指紋分析

將個體的染色體DNA用限制性內切酶消化，分離得到不同大小的DNA片段，再以重複序列中的共有序列作為核酸探針進行雜交，對所得到不同生物個體相似DNA片段的帶型圖譜(即DNA指紋圖譜，對每一個體都是獨特的)進行分析的方法。該技術能揭示並比較生物個體間關係的密切程度，有效地應用於遺傳分析、法醫和親子鑒定等。

人類基因組DNA中貯存著可供正常生存和遺傳的信息，這些信息以基因、密碼的形成排列組合在DNA分子之中，其中能夠製造蛋白質的基因約有8萬個。DNA由以鹼基、核糖和磷酸構成的核苷酸長鏈組成，核苷酸排列方式叫序列，即一級結構。DNA序列中存在三種類型：單拷貝序列、中等程度重複序列和高度重複序列。重複序列就是一種序列在DNA分子中重複出現幾百次、幾千次、幾萬次甚至百萬次，它們約佔DNA總序列的3～4％。每個重複序列在300個核苷酸長度之內，由於高度重複序列經超離心后，以衛星帶出現在主要DNA帶的鄰近處，所以也被稱為“衛星DNA”。衛星DNA中的重複序列單元則稱為“小衛星DNA”。

“小衛星DNA”具有高度的可變性，不同個體彼此不同。但“小衛星DNA”中有一小段序列則在所有個體中都一樣，稱為“核心序列”。如果把核心序列串聯起來作為分子探針，與不同個體的DNA進行分子雜交，就會呈現出各自特有的雜交圖譜，它們與人的指紋一樣，具有專一性和特徵性，因人而異，因此被稱作“DNA指紋”(DNA fingerprint)。

1984年英國萊斯特大學的遺傳學家Jefferys及其合作者首次將分離的人源小衛星DNA用作基因探針，同人體核DNA的酶切片段雜交，獲得了由多個位點上的等位基因組成的長度不等的雜交帶圖紋，這種圖紋極少有兩個人完全相同，故稱為"DNA指紋"，意思是它同人的指紋一樣是每個人所特有的。DNA指紋的圖像在X光膠片中呈一系列條紋，很像商品上的條形碼。DNA指紋圖譜，開創了檢測DNA多態性（生物的不同個體或不同種群在DNA結構上存在著差異）的多種多樣的手段，如RFLP（限制性內切酶酶切片段長度多態性）分析、串聯重複序列分析、RAPD（隨機擴增多態性DNA）分析等等。各種分析方法均以DNA的多態性為基礎，產生具有高度個體特異性的DNA指紋圖譜，由於DNA指紋圖譜具有高度的變異性和穩定的遺傳性，且仍按簡單的孟德爾方式遺傳，成為目前最具吸引力的遺傳標記。

DNA 指紋圖譜具有以下3 個基本特點：

基因組中存在著上千個小衛星位點，某些位點的小衛星重複單位含有相同或相似的核心序列。在一定的雜交條件下，一個小衛星探針可以同時與十幾個甚至幾十個小衛星位點上的等位基因雜交。一般來說，一個DNA 指紋探針（又稱多位點探針）產生的某個個體DNA 指紋圖譜由10～20 多條肉眼可分辨的圖帶組成。由於大部分雜合小衛星位點，僅一個等位基因出現在圖譜的可分辨區內（兩個等位基因由於重複單位、重複次數不同，在長度上差異很大），因而每條可分辨圖帶代表一個位點。很多的研究表明，個體DNA 指紋圖譜中的帶很少成對連鎖遺傳，所代表的位點廣泛地分佈於整個基因組中一個傳統的RFLPs 探針一次只能檢測一個特異性位點的變異性，所產生的圖譜一般由l～2 條帶組成，僅代表一個位點。因此兩者比較而言，DNA指紋圖譜更能全面地反映基因組的變異性。

DNA 指紋圖譜的變異性由兩個因素所決定，一是可分辨的圖帶數，二是每條帶在群體中出現的頻率。DNA 指紋圖譜反映的是基因組中高變區，由多個位點上的等位基因所組成的圖譜必然具有很高的變異性。DNA 指紋圖譜在個體或群體之間表現出高度的變異性，即不同的個體或群體有不同的DNA 指紋圖譜。一般選用任何一種識別4 個鹼基的限制性內切酶，這種變異性就能表現出來。Jeffreys 等 對人的DNA 指紋圖譜的研究表明，DNA 指紋圖譜中的大部分譜帶都以雜合狀態存在，平均雜合率大於70％，某些大片段的雜合率甚至高達100％。用探針33.15 進行DNA 指紋分析時，發現兩個無血緣關係的個體具有相同DNA 指紋圖譜的概率僅為3× 10－11；而將探針33.15 和33.6 產生的DNA 指紋圖譜綜合起來分析時，則這種概率為5×10－19，可見DNA 指紋圖譜具有高度的個體特異性。但是，同卵雙胞胎的DNA 指紋圖譜是相同的，因其有完全相同的基因組）。值得注意的是，由於瓊脂糖凝膠電泳解析度的限制，DNA 指紋圖譜大片段區域的變異性往往很高，而小片段區域的變異性則很低，因此在實際操作時往往將小於 2kb 的小片段跑出膠外或不作統計。

Jeffreys 等通過家系分析表明，DNA 指紋圖譜中的譜帶能夠穩定地從上一代遺傳給下一代。子代DNA 指紋圖譜中的每一條帶都能在其雙親之一的圖帶中找到，而產生新帶的概率（由基因突變產生）僅在0.001～0.004 之間。DNA 指紋圖譜中的雜合帶遵守盂德爾遺傳規律，雙親的各圖帶平均傳遞給50％的子代。DNA 指紋圖譜還具有體細胞穩定性，即用同一個體的不同組織如血液、肌肉、毛髮、精液等的DNA 做出的DNA 指紋圖譜是一致的，但組織細胞的病變或組織特異性鹼基甲基化可導致個別圖帶的不同。

在刑事案件中的應用 在法醫學上，如果確定某人是嫌疑犯，則可提取其血樣或毛髮的DNA，做出DNA指紋，然後由犯罪現場殘留的血、精液、唾液、痰液、毛髮、骨骼或其他肉體成分提取的DNA指紋相對照。若兩者一樣，則稱其指紋相配，證明該嫌疑犯就是作案的罪犯，反之則否。通常進行上述指紋相配的簽定叫“配型”工作。

在親子鑒定中的應用 自從傑弗里斯等人於1985年首次對一起移民糾紛中的母子關係作出肯定鑒定以來，用DNA 指紋術進行親子鑒定已有近10年的歷史了。代表性的報道有：在一起無名屍的鑒定過程中，專家們將提取到的腐屍殘血中的DNA，和假定受害人雙親的DNA進行DNA指紋鑒定后，成功地對這具無名屍的人身作出了鑒定。在常規血清學檢驗不能對親子關係作出肯定結論的情況下，採用DNA 指紋術便可輕易地作出結論。

空難事故受難者殘骸鑒定 通常在空難受害者殘骸的鑒定過程中，單純依靠法醫學和常規法血清學檢驗，是很難對所有遇難人員的殘骸加以區分的。因此，在常規手段行不通時，再採用DNA 指紋術實為一種最佳選擇。

人種、性別鑒定 英國內政部中央研究局研究表明，DNA 指紋術可在相當大程度上用於人種鑒定，並測出白種人和非洲黑人的DNA多態片段及它在特定範圍內的出現頻率，具有種屬代表性。有人對長達20年的陳舊血跡中的降解DNA進行了性別鑒定，並在人、獸的區分鑒定中取得成功。

鑒別雙胞胎是異卵雙生還是同卵雙生，只需比較一下兩者的 DNA指紋圖即可。

DNA指紋術也可用於器官移植的配型試驗，以便篩選出最佳供體。

腫瘤細胞DNA指紋，因其染色體丟失或異常的擴增而與正常體細胞不同。因此，腫瘤DNA 指紋的改變可用作腫瘤發生和發展的標誌。

在盜殺和偷捕野生動物的案件中，用不同的DNA 指紋術，對遺棄在野外的殘餘動物組織、市場上出售的動物組織，以及盜獵者冰箱中的動物組織進行分析，可對被盜殺的動物進行鑒定。

DNA指紋術的應用領域很廣泛，尤其在司法鑒定中有著獨特而權威的應用。

將送檢的各種生物學檢樣，如毛髮、血痕、精斑、人體組織或白骨等，把其中所含的DNA 提取出來。

選用與探針配對的限制性核酸內切酶，在長鏈DNA 位置上加以切割，使分子量很大的DNA 長鏈切短成許多長度不同的小片段。

在膠板尺寸較長的凝膠電泳儀中，對酶解完全后的DNA 片段進行電泳，各酶切片段就會按其長度大小在電場中進行分離。

先用鹼性溶液使凝膠板中分離開的雙鏈DNA 片段變性為單鏈片段，然後將凝膠板夾在尼龍膜中，使這些單鏈DNA 片段印潰(blot-ting)，轉移並永久性地固定在尼龍膜上。

讓放射性DNA探針與尼龍膜上的單鏈DNA片段進行分子雜交。

用放射性膠片與尼龍薄膜疊放，尼龍膜上的放射性探針便會發出X 射線使膠片曝光，從而使雜交有探針的長度不同的DNA片段位置顯影在膠片上。這樣的特徵 DNA片段條狀圖譜，便是所謂的DNA指紋。

1986年的秋天，英國累斯特遠郊的警察拘捕了一名涉嫌先後姦殺兩名少女的嫌疑犯。警方向傑弗里斯教授提供了從兩名受害人身上採集到的精斑和陰道拭子。經過DNA 指紋術分析后，傑弗里斯提出的鑒定報告是兩名受害人處的精斑均來自同一人，但決非是已被拘捕的青年的。此後，警方用去了50萬英磅的辦案經費，藉助DNA 指紋術將真正的罪犯抓捕歸案。

有科學家指出DNA指紋分析技術並不能作為犯罪調查的絕對可靠工具。因為專家對DNA指紋採樣的解釋具有很高的主觀性，以至於有著錯誤傾向。美國FBI刑事犯罪研究室的17位專家曾經對一個輪姦案件的DNA樣本進行分析，但卻得出了不同的結論，其中只有一位科學家得出了確定的結論，其他的科學家得出的結論為不確定或者犯罪可能性排除。這同時也引起了人們對DNA指紋分析技術的質疑。英國倫敦大學學院的一位科學家表示，DNA分析員必須清楚的看到，人的主觀性在特定的條件下很容易影響自己的工作。美國的一位律師表示，人們被囚禁還是獲得自由如果只憑藉DNA分析員的主觀推斷，是件很不公平的事情。如果要在8000個人當中找到兩個DNA指紋相同的人，幾率是十億分之一。所以大多數人仍然很依賴並且信任血液和唾液DNA樣本分析。