STR鑒定技術(shù)靈敏度堪憂(yōu)？普遍還是個(gè)例？

發(fā)布時(shí)間:2024/12/25分類(lèi):技術(shù)文章來(lái)源:科佰生物

背景

STR（Short Tandem Repeat，短串聯(lián)重復序列）是指DNA序列中存在的一種特殊模式，即一串較短的核苷酸序列重復排列。

在個(gè)體身份鑒定方面，STR檢測被廣泛應用于法醫學(xué)領(lǐng)域，如刑事偵查，失蹤人口鑒定，災難遺體識別等。同時(shí)，STR檢測也是目前親子鑒定的金標準方法，其準確性和可靠性得到了廣泛的認可。

在細胞鑒定方面，2011年美國國家標準學(xué)會(huì )發(fā)布了一份專(zhuān)門(mén)的細胞STR鑒定標準，ChP（中華人民共和國藥典）也規定了細胞系質(zhì)量控制的STR試驗。STR基因分型已被ICLAC、ATCC等權威機構作為金標準應用于細胞鑒定。

Fig 1. STR檢測技術(shù)的原理。

近年來(lái)，法醫物證鑒定中遇到了許多新挑戰，尤其是在提取和檢測混雜樣本（如含少量嫌疑人DNA的死者樣本）時(shí)，現有的毛細血管電泳結合PCR技術(shù)（Capillary Electrophoresis PCR, CE-PCR）在靈敏度上的局限性逐漸顯現，難以應對復雜、微量DNA樣本的鑒定需求。同時(shí)在科研細胞培養過(guò)程中，如果存在輕微的細胞交叉污染，現有的STR檢測技術(shù)也無(wú)法準確檢測出。因此，我們亟需尋找更高靈敏度、更先進(jìn)的分子檢測技術(shù)，以提升鑒定效果和可靠性。

實(shí)驗設計

為了更全面了解市場(chǎng)上CE方法在鑒定細胞污染時(shí)的檢測限，科佰生物設計了一項實(shí)驗：對比不同公司檢測服務(wù)的靈敏度和準確性。科佰生物使用ddPCR技術(shù)（數字PCR法）準確制備了不同比例的細胞污染混合gDNA樣本：10%污染樣本，20%污染樣本和30%污染樣本，將上述樣本分別送至三家檢測公司（標記為A、B、C），并采用其CE方法進(jìn)行檢測，對比各公司檢測結果的靈敏度、準確性和重現性，評估其在不同污染比例樣本中的表現。

實(shí)驗結論

三家公司均未檢測出10%的污染樣本，有兩家檢測出20%污染樣本和30%污染樣本，但是分析未報出全部差異位點(diǎn)，一家三個(gè)污染樣本均未檢出。通過(guò)分析結果發(fā)現，除了與CE的靈敏度相關(guān)外，與實(shí)驗人員對結果的判讀也有很大關(guān)系。

Fig 2. 不同污染占比濃度的STR樣本在三家公司Penta E基因座的STR檢測結果圖，其他20個(gè)基因座有類(lèi)似的情況，文中不一一羅列。

實(shí)驗分析

1. 現狀與挑戰

傳統STR技術(shù)的局限性：STR（短串聯(lián)重復序列）作為法醫DNA鑒定的“金標準”，在檢測混合樣本及微量DNA樣本時(shí)，其靈敏度受到限制。尤其對于死者樣本中含有少量嫌疑人DNA的情況，毛細血管電泳技術(shù)可能無(wú)法有效檢出。

受到MSI（微衛星不穩定性）檢測的啟示：MSI伴隨診斷試劑盒，檢測限可達30%。雖然MSI主要針對單核苷酸和二核苷酸重復序列，技術(shù)難度較高，但也提示我們，四核苷酸重復序列的STR可能具備更高的靈敏度開(kāi)發(fā)潛力。

新興技術(shù)的可能性：NGS（下一代測序）和dPCR（數字PCR）技術(shù)作為更為精準和靈敏的分子檢測工具，已在臨床、科研等領(lǐng)域展現出巨大的應用前景。將這些技術(shù)應用于STR檢測中，或許可以突破現有STR檢測的靈敏度瓶頸。

2. NGS與dPCR在STR檢測中的優(yōu)勢

NGS技術(shù)：

高靈敏度與多位點(diǎn)檢測：NGS可實(shí)現對多個(gè)STR位點(diǎn)的深度測序，提高檢測靈敏度，尤其適用于復雜混合樣本的分析。
SNP與STR結合：已有公司推出基于SNP的NGS方法，這為STR檢測提供了新的思路。將NGS技術(shù)與STR檢測相結合，可提高樣本分辨率與靈敏度。
溯源與個(gè)體識別：NGS可以實(shí)現對微量DNA樣本的高通量檢測，區分相近細胞系，同時(shí)還可以檢測細微的污染，同時(shí)針對鼠源以及人源，不需要做二次實(shí)驗。

DdPCR技術(shù)：

超高靈敏度：dPCR通過(guò)將DNA樣本進(jìn)行絕對定量分割，可實(shí)現對極微量DNA的精準定量，檢測靈敏度遠超傳統PCR技術(shù)。
絕對定量與低豐度檢測：dPCR在低豐度DNA檢測方面優(yōu)勢顯著(zhù)，特別適用于微量DNA或高混合度樣本的分析。
STR位點(diǎn)檢測的潛力：將dPCR技術(shù)應用于STR檢測，可進(jìn)一步提升微量DNA的檢出能力，彌補傳統PCR的不足。

3.倡議與發(fā)展方向：

面對快速變化的科學(xué)需求和技術(shù)挑戰，STR技術(shù)的進(jìn)一步升級迫在眉睫。為推動(dòng)STR技術(shù)創(chuàng )新與優(yōu)化，滿(mǎn)足更高精度、更廣泛應用的需求，我們特此發(fā)出倡議：

研發(fā)更高靈敏度的NGS-STR方法：結合NGS的高通量與精準性，開(kāi)發(fā)針對STR位點(diǎn)的高靈敏度測序方法，用于混合樣本鑒定。
探索dPCR在STR檢測中的應用：優(yōu)化數字PCR技術(shù)，使其能夠精準檢測微量、低豐度的STR位點(diǎn)，尤其是復雜背景下的樣本。
多技術(shù)融合：整合NGS、dPCR與SNP分析，形成靈敏度更高、分辨率更強的法醫物證鑒定體系。
其他方法學(xué)。