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日劇《螺旋迷宮:DNA科學搜查》了解DNA分析於刑事鑑識之應用

來源 : 朱薏 整理編輯
update : 2021/10/26
日劇《螺旋迷宮:DNA科學搜查》描述的是能在腦中記下32億個基因順序的天才教授,和憑藉經驗與直覺辦案的警視廳刑警攜手屢破奇案的故事。兩個各有信條和倚賴的人相互結合,竟然擦出了單憑科學或單憑經驗直覺無法產生的火花和能量。而日劇慣用的詼諧和幽默,為一絲不苟的科學注入了人類特有的溫度。於此同時,也為難以掌控且變化多端的人心,提供了科學的佐證與支撐。
 
筆者曾於2019年01月17日藉著紀錄片《美國大師:解碼華生》,與讀者一同了解過DNA結構,今天就以刑事鑑識中心主任黃女恩在《生物醫學》雜誌 (Biomeedicine Journal) 上這篇「DNA分析於刑事鑑識之應用」的專家評論文章,與讀者們一同了解DNA分析於刑事鑑識之應用。

該評論文章中寫道:「DNA是所有動物、植物的遺傳物質,而人類是動物界的一員,DNA作為遺傳物質的特性與複製機制,已為科學界所詳盡廣泛研究,DNA隱藏著物種演化與個體差異的重要密碼,雖然尚無法完全了解生命的奧秘,但運用部份DNA分析結果已能幫助我們解決許多問題。刑事鑑識是和法庭活動有關的科學,主要內容為對於無法以一般常識或肉眼分辨的事物的判別,例如指紋鑑定、文書鑑定、槍彈鑑定等,協助辨別人的身分,文件真偽、子彈是哪一支槍所射擊等問題,甚至可以藉由鑑定犯罪現場茶杯上留下的指紋是誰的?而協助連結犯罪人與現場,進而發現與證明犯罪事實。DNA存在動植物的細胞裡,犯罪現場所發現含DNA的證物實在種類繁多,有時這些含DNA的物體本身就是重要證據,例如命案被害人屍體、走私的保育類動物或其製品,被偷的珍貴品種蘭花、走私的大麻種子等。有時DNA證物以肉眼無法分辨的形式存在物證上,例如犯罪者在現場留下的菸蒂、口罩等,藉由分析這些證物上沾附的唾液口腔黏膜細胞DNA是誰的,可以連結物證與犯罪者,進而協助證明犯罪事實。

目前刑事人類DNA鑑定,主要可以分為三大部分:

第一、細胞核染色體DNA鑑定。主要以聚合酶連鎖反應法(polymerase chain reaction; PCR)複製多個染色體上的短相連重複序列(short tandem repeat; STR)基因座,使用較普遍的兩個商用試劑盒:AmpFlSTR® Identifiler® PCR Amplification Kit及PowerPlex® 16 System,均能同時複製16個基因座,含15個DNA-STR基因座,大都位於不同對染色體上,複製的DNA長度考慮刑事證物DNA品質特色,約為100至400 bp,15個DNA-STR基因座的型別分析結果,已可以達到幾近個化鑑定(individualization)的效果,同時知道物證DNA來源者的性別。是目前大多數刑事實驗室在現場物證DNA鑑定時,應用的最主要鑑定分析技術。其特色為靈敏度高,加入約0.5ng至2ng 的DNA模板量即能獲得忠實可靠的分析結果,對刑案現場微量物證DNA鑑定成效良好,普遍被採用,其分析結果也是DNA資料庫儲存比對的依據,不論是美國、英國、歐洲國家的DNA資料庫,大多採用其中的11至13組DNA-STR基因座為其建檔必要基因座。因此目前多數國家的DNA資料庫是可以互相比對的,對跨國性犯罪偵查或災難事件中外國人士的身份確認有所助益。
 
第二、Y染色體DNA鑑定(Y-STR)。所應用的技術、分析儀器和細胞核染色體DNA鑑定大同小異。只是複製的DNA標的集中在Y染色體上的短相連重複序列基因座,Y染色體DNA鑑定是性侵害案件DNA鑑定的重要項目,因為證物DNA很可能是男女DNA混合,若男性DNA比例過少,進行前述15組體染色體STR之PCR反應時,因引子競爭關係結果可能只有女性DNA-STR複製產物,而無法分析出證物中男性加害者的DNA-STR型別。目前應用即時(real time)PCR技術可針對證物DNA定量,依複製的標的是人類體染色體或Y染色體基因的不同,分析結果可估計證物中人類DNA的含量與Y染色體DNA的含量,依證物類型評估進行何種DNA鑑定對案件較有幫助。如果證物是從女性被害人身上取得,男性DNA含量相對於女性DNA含量極為微量時,通常實驗室就會進行Y染色體DNA鑑定。目前人類DNA定量、Y染色體DNA定量、Y染色體DNA鑑定也都有商用試劑盒可資應用,有一Y-STR商用試劑盒可同時複製17組Y-STR,這些商用試劑盒能提供較可靠穩定的分析鑑定結果,對刑事DNA鑑定需要爭取鑑定時效又要確保結果正確性方面幫助極大。Y染色體DNA鑑定在刑事DNA鑑定方面,還是居於輔助地位,因為父子之間除非突變否則Y-STR型別相同,因此具有相同父系血緣的男性,理論上其Y-STR型別相同,二個檢體的Y-STR型別均相同,表示二者可能來自同一人或來自相同父系之二個人,其鑑定結果無法達到像前述的細胞核體染色體DNA-STR鑑定的個化效果。

第三、粒線體DNA鑑定。這項刑事DNA鑑定主要是針對粒線體替代環區(displacement loop;D-loop)進行DNA定序,通常為確保DNA複製定序成功,大多以兩小段含DNA序列多型性較多的區域為分析定序標的,HVI(hypervariable regions I,16024-16365)、 HVII(hypervariable regions II,73-340),鑑定結果僅列出和參考序列rCRS不相同的序列位置和定序結果,在刑事鑑定方面,主要應用於人類骨骸DNA鑑定,有時作為身分鑑定的輔助鑑定,增加母系血緣鑑定以獲得較多資訊,增進結果研判之正確性。粒線體DNA鑑定通常作為核染色體DNA鑑定無法成功時的候補輔助鑑定,一些陳舊且DNA嚴重裂解的刑事證物,例如人類骨骸,或是DNA量很少的證物,例如脫落毛髮,大概只有粒線體DNA鑑定能提供一些資訊,惟其鑑定結果和Y-STR鑑定一樣,二個檢體的結果相同時,表示可能來自同一人或來自相同母系之二個人,無法達到像前述的細胞核體染色體DNA-STR鑑定的個化效果。另外粒線體DNA鑑定還有一個污染管控的難題,一個細胞內僅有一份染色體DNA,粒線體DNA卻有1000個以上甚至更多,以聚合酶連鎖反應法(polymerase chain reaction; PCR)複製技術為主的刑事實驗室,雖然已嚴格要求污染管控,但是對粒線體DNA鑑定實驗室的污染管控要求更加嚴厲,通常其實驗室設施與實驗動線要求需要非常嚴謹,才能避免污染之發生,確保鑑定結果的正確可靠,因此進行粒線體DNA鑑定的刑事實驗室相對於細胞核染色體DNA鑑定、Y染色體DNA鑑定的刑事實驗室少許多。

在刑事動、植物DNA鑑定方面,應用案例尚屬少數,相對於人類DNA鑑定的龐大鑑定需求與應用案量,吸引大量研究人員、研究計畫、甚至專責的研究機構實驗室投入,人類DNA的鑑定方法與相關試劑、儀器都已經過多重驗證確認,刑事動、植物DNA鑑定領域的研究與應用仍有許多發展空間,李俊億教授等撰寫之「DNA分析於刑事鑑識之應用」論文,列舉許多應用範圍,當能吸引更多研究人員投入這一研究行列,越多人加入刑事鑑識研究行列,將更能擴大豐富這一領域的研究與應用範疇。

刑事DNA鑑定結果為法庭所使用,科學證據對判決影響舉足輕重,法庭對其鑑定的要求相對嚴格,目前世界各國刑事DNA實驗室都被要求要有嚴謹的品質保證活動,包括人員、實驗室設施環境、儀器設備、方法確認、證物控管、品保措施、報告內容等都需要被要求,在發生極少數失敗的刑事實驗室被迫關門事件後,刑事DNA鑑定領域已深切了解,只有嚴謹的實驗室管控才能確保DNA鑑定結果的正確與可靠。刑事DNA分析在刑事鑑識上的應用,從1985年Jeffreys在Nature發表論文以來,從先進的「科學研究」成功轉進為法庭的重要「科學證據」,DNA鑑定讓被囚禁多年的無辜者獲得清白無罪釋放的案例,在美國已超過一百例以上,刑事DNA分析近24年的發展,讓我們深切感受到科學改變與影響社會的能量。」