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外界环境对生物检材DNA的影响及其污染分析

更新时间:2020-07-31 来源:法医DNA技术应用 编辑:钟庆旭

  一、外界环境对生物检材DNA的影响

  生物物证在采取、送人实验室检验之前,一直处于外界环境中,受各种因素的影响,DNA的质量会发生改变。如光、潮湿、高温及洗涤剂、细菌、灰尘、昆虫等,可能对检验有以下影响:

  ①干扰DNA提取过程,降低DNA产量,限制DNA分析。
  ②存在的抑制剂在提取过程中被一起提取出来,抑制酶反应。
  ③暴露于上述环境,可能损害DNA,引起DNA的降解,影响DNA提取的质量或产量。

  1、DNA降解

  DNA是存在于生物体内的大分子,在体内受到严格的控制,DNA分子从离体那一刻起, 就处于外界环境中,变化已经开始发生。一旦离开它本身的保护环境,DNA分子很容易被损害,发生断裂,变成小分子,这种断裂称为降解。

  DNA断裂发生有两种情况:①核酸酶(DNA酶)的作用产生的断裂;②各种外界因索引起的DNA断裂。前者有细菌和检材自身细胞内存在的核酸酶;后者有机械外力、紫外线照射、化学试剂,如酸、碱、甲醛、漂白粉等强氧化剂因素。DNA的降解影响DNA分型及结果的利用率,尤其对DNA指纹图和纹印图影响较严重。

  例如,正常DNA分子片段大小(也称为DNA分子量,用MW表示)在某一个RFLP位点是20kb,当样品发生降解,DNA分子平均大小可能只有10kb了,那么这样的DNA根本不可能反映样品原来的遗传信息。

  2、影响DNA降解的因素

  影响DNA降解的环境因素有很多,主要有时间、温度、湿度、光( 日光和紫外光)、化学或生物物质。其中以阳光暴晒、紫外线照射、高温及潮湿保存、微生物和某些试剂等对DNA降解影响最大。

  Dwight E, Adams (1991) 曾报道,血痕在日光下暴晒8周后,DNA发生降解,在(RFLP)图谱上没有谱带;血痕在夏季白天平均最高温度41°C和最低温度23“C条件下暴露于日光12天,DNA发生严重降解,得不到RFLP图谱,而在同样条件下存放于黑暗处的血痕可得到高分子DNA;他还发现在37C下保存4年的血痕,只检测到小分子DNA,没有高分子DNA, RFLP图谱检测不到谱带。

  潮湿环境不仅利于检材自身核酸酶活性的保持,而且利于细菌和霉菌生长,微生物分泌核酸酶,进一步加速DNA降解。--些洗涤剂或去污剂等化学试剂能够溶解细胞膜、核膜,使细胞通透性增加,DNA从细胞中释放出来,并且使组蛋白与DNA分离,使DNA易受各种外力作用发生降解。

  物证载体本身质地和所受污染情况不同,对于DNA的降解影响也不同。如地毯沾有很多灰尘或泥土和微生物,吸湿性又较好,潮湿的斑痕不易干,斑痕中DNA易发生降解。高温、潮湿环境最易引起DNA降解,而且最严重。事实上,在实际案件中,生物物证DNA的降解常常是上述多种因素的综合影响所致。

DNA生物检材

  3、DNA降解对分型的影响

  (1)降低分析的成功率

  DNA降解降低DNA分析的成功率,但对各种方法分析成功率的影响是不一样的。对需要大片段的RFLP多态性分析影响较大,对只需小片段的PCR,尤其是STR分析的影响较小。

  (2)DNA图谱中的谱带减少

  DNA发生降解,分子变小,大片段可能会丢失,导致DNA图谱的谱带减少,如杂合子只是显示一条带。因此,当图谱表现为一条带时,要弄清样品是真正的纯合子,还是杂合子由于某种原因而导致两个等位基因中的一个丢失,这就要求对标本的质量进行估价,以便准确解释结果。

  4、提取和保存过程中DNA降解的阻止

  现场发现的生物检材从提取、包装、保存,直至送到实验室的过程中,必须考虑环境因索对检材DNA降解的影响。原则上在干燥、低温条件下DNA降解较缓慢。因此,现场提取生物检材后,应尽快晾干,在低温条件下保存与送检。

  二、生物物证的污染

  含有DNA的生物组织和体液在离开生物体后,就可能被其他物质污染,从而影响检材DNA的分析结果。污染物不同,其影响DNA分析结果的原因和表现形式也不同。常见的污染物一般有三种:非生物物质、其他生物物质和他人的DNA.

  1、非生物物质的污染

  非生物物质类污染物是最常见的污染,它们主要是燃料、洗涤剂、灰尘和各种生活生产中包括一些化学试剂等在内的非生物物质,其中有些污染物在物证斑迹形成前就存在于形成斑迹的载体上,如布的染料、衣服上的残留洗涤剂等。有的是物证斑迹形成后落在斑迹上的,还有的是在现场提取或实验DNA提取过程中形成的。
不同的污染物对DNA分析的影响是不一样的, 有的影响比较重,例如深色布载体上的染料就能抑制DNA内切酶和DNA聚合酶的活性,导致DNA分子不能被酶切,或者PCR扩增产物,没有分型结果。

  2、其他生物物质的污染

  其他生物物质的污染包括各种动物和微生物等。虽然法医学选择应用的DNA遗传标记一般是人特异的,能区别人与动物,一般不影响最后的解释,但是亦应注意防止这类物质的污染,一些动物DNA偶尔在人的DNA分析中也出现交叉反应。在进行DNA检验前,应进行种属检验。微生物的污染常见且影响较大,需要特别注意。现场标本如血、精液是细菌和真菌生长的营养丰富环境,这些微生物分泌的物质如核酸酶等能降解样品中的人类DNA.微生物的污染引起DNA严重降解,使分型难以获得结果。

  3、他人的DNA交叉污染

  这种交叉污染可能发生在物证样品收集过程中或之后,如物证提取或DNA提取过程中所使用的方法不当,防污染措施不严,使物证以外的其他人的DNA落到物证上。主要有以下几种情况:

  (1)提取或接触物证的人没有戴工作帽、口罩和手套,使其人体成分脱落或黏附到物证的斑迹上,咳嗽或打喷嚏时唾沫、鼻涕落到物证上。
  (2)提取物证的器材有DNA污染或在提取各个物证之间没有洗干净,造成交叉污染。
  (3)采集人员缺乏经验,把物理位子上不在一起的物证采放在一起, 而这些物证可能含有来自不同个体的DNA.
  (4)不同物证检材没有分开包装或包装和保存中样品间隔不够,造成物证间交叉污染或外流污染。

  一旦样品中污染有其他人的DNA,导致检测结果变得复杂,难以辨别。

  污染影响案件DNA分析的程度取决于所用检验方法的灵敏度和污染量。比如,应用PCR分型系统,由于样品中的DNA分子可以成千上百万倍地复制,因此,即使其污染DNA量很少,也能被检出。

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