谋杀和爆炸是如何清除DNA分析的

2002年，在臭名昭著的瑞秋·尼克尔(Rachel Nickell)谋杀案未破10年之后，安德鲁·麦克唐纳(Andrew McDonald)走进了英国阿宾顿的一间小简报室。在那里，在法医联盟的办公室里，大都会警察局侦探总督察理查德·布鲁克斯分享了1992年7月15日，23岁的她是如何在伦敦温布尔登公园与她两岁的儿子和狗散步时被杀的细节。她遭到性侵，死时身上有49处刺伤。

布鲁克斯说完之后，一位来自英国法医科学服务局(FSS)伦敦实验室的报告科学家将一份文件交给了麦克唐纳，他是阿宾顿Cellmark法医服务中心的DNA负责人。“我清楚地记得他说‘祝你好运，你什么也找不到’，”麦克唐纳说manbetx手机客户端3.0．

麦克唐纳是该公司创始人安吉拉·盖勒普组建的法医联盟团队的一员，盖勒普在使用法医解决悬案方面有着出色的记录。在伦敦警察厅(Metropolitan Police)将注意力集中在一个名叫科林·斯塔格(Colin Stagg)的当地人身上很久之后，他们开始参与其中。他们逮捕并起诉了这个人，但他在1994年9月被无罪释放。

在2003年收到第一批样本后，麦克唐纳注意到一个关键的DNA测试根本没有显示出DNA——甚至连尼克尔的DNA都没有。“我们当时想，这太疯狂了，因为这是直接从瑞秋的皮肤上取下来的，”Gallop回忆道。“那里至少应该有很多她自己的DNA。”

当我们得到结果时，我们从另一个人那里得到了一个低得多的水平

麦克唐纳正在研究一种被称为低拷贝数(LCN)测试的DNA分析方法的结果。金融监督院从1998年开始设计LCN测试，以应对DNA材料很少的情况，并将其应用于尼克尔案件。DNA分析依赖于聚合酶链式反应(PCR)方法，这种方法目前最广为人知的用途是帮助检测Covid-19。PCR复制法医样本中的DNA，将其提高到可测量的水平。LCN测试将这种放大推到了极限，麦克唐纳发现这有时会使测试无法正常工作。

在没有结果的测试样品中，含有的物质比预期的多得多。金融监督院的科学家们没有意识到这一点，因为为了避免过量使用，金融监督院的科学家们没有测量数量。有这么多样本，它很可能含有抑制聚合酶的物质，这种酶是聚合酶链反应方法的核心，并使其停止工作。

麦克唐纳在Cellmark公司重新进行了同样的测试，但使用了更小的样本，以为不会发生什么。麦克唐纳说:“当我们拿到结果时，我们现在有了一个非常符合蕾切尔·尼克尔的特征，而且有迹象表明，另一个人的基因水平要低得多，可能是一个男性。．

这一发现对瑞秋·尼克尔案和一般的DNA分析都至关重要。FSS报告了潜在的问题，之后英国法医学监管机构委托进行了一项审查，强调了LCN何时可靠地工作，何时不可靠。调查结果促使金融监督院对2180个受影响的案件进行了秘密调查。与此同时，北爱尔兰的一起恐怖爆炸事件凸显了LCN方法的不同问题。这是第一次将这些事件结合在一起，并展示它们如何驱使法医科学家改进他们的技术。麦克唐纳说:“事情发生了巨大的变化。

将DNA告上法庭

LCN是世界上第一个从非常少的遗传物质副本中提取DNA分析的法医方法。美国马里兰州国家标准与技术研究所(NIST)的研究科学家和DNA法医专家John Butler解释说，这种方法首先从证据样本中提取DNA。这可能需要用苯酚、氯仿或甲醇等溶剂清洗样本，不过在20世纪90年代，英国法医科学家经常用一种名为Chelex 100的树脂提取DNA。巴特勒补充说，提取后，科学家们使用多轮PCR在非常特定的位置放大DNA，称为短串联重复标记(str)。

来自澳大利亚阿德莱德弗林德斯大学的阿德里安·利纳克解释说，str是我们基因组中“区分你和我的高度可变序列，我们相信我们采样过的每个人都是如此”。“你的每个细胞本质上都有相同的DNA图谱。我们观察的部位对你的长相没有影响。它们是非编码的DNA片段，恰好显示出一种重复的性质，有四个碱基对重复，比如AATG, AATG, AATG。这种重复性对我们非常有用。”

Linacre补充说，有50万个重复序列，但其中大多数只重复两个碱基。最早的DNA分析技术只使用了四个具有四个碱基STR的位置，而LCN最初只使用了10个STR位置。利纳克说:“我们研究的(地点)越多，两个人碰巧拥有相同DNA的可能性就越小。”

使用引物分子PCR可以定位这些位置，每个PCR周期将STR DNA的数量增加一倍。21世纪初，英国最常用的DNA分析方法叫做SGM Plus，使用28-30次PCR加倍。然后，科学家可以通过电泳分离STRs，用彩色荧光分子标记每个STRs。然后，自动分析仪可以记录荧光强度，在软件图上显示每个STR为峰值。

它变得如此敏感，以至于它实际上可以检测到一个DNA副本

Butler解释说，科学家们可以通过电泳将峰值与样本的参考混合物联系起来，这被称为“等位基因阶梯”。这个名字指的是我们通常每个基因都有两个副本，分别来自父母双方，被称为等位基因。虽然每个副本都有相同的功能，但它们可以有不同的组成。等位基因阶梯包括所有已知的重复基因序列。巴特勒解释说:“这就是说，例如，有一个11 - 14基因型，所以11个重复可能来自母亲，14个来自父亲。”“你将其与已知的个体样本进行比较。这就提供了一个似然比或随机匹配概率，计算出它们来自同一个人的可能性。

基于这些技术，由彼得·吉尔领导的金融监督院团队在2000年发表了第一篇关于LCN技术的论文．在此之前，可能用于分析的DNA数量的下限在250皮克左右。金融监督院研究小组表示，LCN可以通过34次PCR扩增，用不到100pg的DNA就能识别出人。吉尔现在领导挪威奥斯陆大学医院的法医遗传学研究小组，他说:“它变得非常敏感，甚至可以检测到一个DNA副本。”

拍下嫌疑人的录像

从2003年开始，麦克唐纳、盖勒普和他们的同事们逐渐研究雷切尔·尼克尔案的证据。但在原始提取物中发现男性DNA的重要线索后，他们的材料就不多了。因此，他们重新审视了其他法医证据，特别是蕾切尔·尼克尔阴道周围的“胶带”。麦克唐纳回忆说，检查人员贴上了胶带，再次取出来收集碎片，并保存起来，这样粘性的一面就得到了保护。然后，他和他的同事们能够再次擦拭胶带，提取足够的DNA，用标准的SGM Plus 28周期分析重复他们之前的壮举。他们发现了尼克尔的DNA和大约五个与她不匹配的STR序列，但这还不足以确定嫌疑人。

将12个STR序列与警方的“相关人员”名单进行比较，只有一个匹配

为了改进这一点，麦克唐纳在其他样品上进行了试验实验，改变了电泳技术，使其灵敏度提高了10倍。净化聚合酶链反应后的混合物以去除不需要的盐和酶，使峰值高度增加了15倍。将此应用于从Nickell的身体胶带上提取的PCR产物，使用一种覆盖更多STR位置的分析技术，识别出来自不同人的12个序列。麦克唐纳说:“这足以让我们在两个人之间进行有意义的比较。”

将12个STR序列与警方的“相关人员”名单进行比较，只有一个匹配。2002年，罗伯特·纳珀被关押在高度安全的布罗德莫尔医院。1993年，他被判在家中刺死27岁的萨曼莎·比塞特，并闷死她的女儿贾思敏。与纳珀的DNA样本已经很匹配了，但还不完全。因此，麦克唐纳和他的同事们使用了一种分析技术，专门研究Y染色体上的STRs，而Y染色体只有男性才有。尼克尔的DNA不能干扰这个样本，而蜂窝标记/法医联盟团队得到了与纳珀的DNA几乎完全匹配的DNA。

盖洛普说，这促使调查小组在纳珀的物品中寻找更多证据，将他与尼克尔的谋杀案联系起来。她说:“罗伯特·纳珀穿的其中一只鞋可能在现场留下了鞋印。”“我们在瑞秋儿子的头发里发现的油漆碎片可能来自他放工具的工具箱。盖勒普还透露，在调查开始时，她团队的一名关键成员向警方报告了与绿链强奸案相似的地方。这一系列发生在伦敦的70起残忍袭击在纳珀进入布罗德莫监狱的同一年结束，1995年，他承认犯下了其中一些罪行。

LCN试航

所有的证据都是压倒性的，使得警方对纳珀提出指控，他在审判中从无罪变为有罪。2008年12月，他被判犯有尼克尔过失杀人罪，被判处在布罗德莫监狱无限期监禁。然而，LCN一开始就遗漏了纳珀的DNA，这一事实令人担忧。麦克唐纳解释说:“我们已经证明了FSS LCN技术在当时的应用中存在缺陷。”“没有对样本进行量化就会错过潜在的关键结果。刑事司法系统敲响了警钟，这是有充分理由的。”

2006年，FSS告诉警方和内政部，LCN可能“无法从样本中的遗传物质中识别出一个DNA轮廓，而这个样本应该揭示一个轮廓或混合轮廓”。利纳克回忆说，这促使内政部任命了一位法医监管机构来监督英格兰和威尔士的法医服务。第一个监管机构委托斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)的布莱恩·凯迪(Brian Caddy)牵头对LCN技术进行了审查，利纳克当时也在斯特拉斯克莱德大学工作。凯迪本人并不是一名法医遗传学家，所以他招募了曾在刑事案件中使用过LCN的利纳克和英国癌症研究中心基因组服务负责人格雷厄姆·泰勒。

2006年末和2007年初，金融监督院还开始了一项秘密的“回溯操作”，对没有结果的样本进行追踪，即所谓的“立方体操作”(operation Cube)。Huw Turk目前是Cellmark公司的科学负责人，他是三名接受了受影响的LCN测试的FSS科学家之一，报告超过5000个样本，影响2180例标准晚报．特克说:“我们拿回那些样本，以稀释后的浓度重新进行测试，因为这通常会解决抑制的问题。”“我们三个人花了一年中最好的时间才完成。大多数人仍然没有给出结果。他们的努力获得了26个谋杀、强奸或两者兼有的案件嫌疑人的部分或全部DNA图谱标准晚报．特克称这只是研究案例中“非常小的一部分”。

然后，在2007年12月，LCN的问题进入了头条新闻。肖恩·霍伊被控58项罪名，包括1998年北爱尔兰奥马爆炸案中杀害29人。由于担心准军事组织可能会恐吓陪审员，审判由一名法官在没有陪审团的情况下进行。负责此案的法医科学家使用LCN制作了Hoey的侧写，使该方法成为辩护团队的重点。法官Weir先生因此在2007年1月传唤了这项技术的发明者Peter Gill在贝尔法斯特刑事法庭提供证据。吉尔回忆说:“那是我有生以来最糟糕的经历。”

在这个案件中，辩方提出一个科学家的辩护可能已经足够了是另一个案子的法官写的“不可能理解(辩护专家)如何有足够的专业知识来提供证据”。然而，这名法官也积极地、咄咄逼人地质问吉尔，有时还对他大喊大叫。吉尔回忆说:“在那次审判中，我真的无法恰当地说明这些证据意味着什么，它们不意味着什么。”

进进出出

比起抑制，这个案例集中在两个重要的问题上，对于像LCN这样敏感的技术，吉尔和他的同事都设计了一个数学解决方案。第一种被称为等位基因缺失。它的出现是因为，起始DNA如此之少，等位基因的两个副本可能不会相等地放大。用来告诉聚合酶要放大的序列的引物DNA链可能不会结合它们的目标。如果引物没有在一个STR位置结合，那么DNA样本来源的人似乎从父母双方获得了相同的基因型。在这种情况下，他们的一个等位基因已经消失了。

吉尔回忆道:“如果一个等位基因消失了，这显然会降低证据的强度，你必须在计算时考虑到这一点。”吉尔的数学分析提供了一种可能性，即样本确实来自嫌疑人。然而，他承认，对于法医科学家来说，在日常生活中使用这种方法“真的太复杂了”。他说:“因此，我们使用了一种需要重复的方法。”重复LCN分析，如果STR等位基因出现至少两次，则确认。吉尔指出:“你可以用电子表格分析简单的案例。”

如果你在法庭上被问到“这是可复制的吗?”Linacre强调说:“答案应该是‘不，不是这样的’。”“当威尔法官问彼得·吉尔关于可重复性的问题时，他很诚实地说‘这是不可重复性的’。法官马上就不喜欢这种概念了。”

证据没有以应有的方式收集

吉尔说:“他可能就是从这个时候开始冲我大喊大叫的。”“我们不处理决定性的问题。事实上，没有科学家知道。但是法官不明白。他想要明确的答案。”

奥马爆炸案的另一个问题更有根据，因为这项技术非常敏感，很容易被污染。这可能是来自灰尘中高度降解的DNA的一到两个额外的等位基因，例如，被称为等位基因缺失。也有可能是来自一个未患病的人的多个等位基因的污染。当奥马爆炸案发生时，LCN才刚刚开始开发，相关的法医科学家和警方没有考虑到这一点。他们把证据放在有洞的袋子里。“我记得有人问我，‘DNA有可能从一项证据转移到另一项证据吗?吉尔说。对此，我的回答是肯定的。证据没有以应有的方式收集。”

因此，在2007年12月的最终判决中，韦尔法官最终撤销了对霍伊的所有指控，并表示他对LCN方法得到充分验证并不满意。在判决之后不久，警方暂停使用LCN方法，等待Caddy审查的结果。

经过四个月的采访，2008年4月，Caddy, Linacre和Taylor就LCN在法医中的使用提出了21条建议。标题结论是，这是一种安全的使用方法。Linacre的总结是:“在现有技术下，如果你不能用28个周期来生成DNA图谱，但你可以在34个周期内生成，那么这个过程是适合的，应该继续下去。”

经验教训?

其他建议涉及了在Nickell和Hoey案例中看到的问题。关于Nickell案，有人指出，提取的DNA数量应始终量化，提取和稀释的技术标准应得到所有法医科学提供者的同意。关于霍伊案，审查敦促就如何解释LCN测试达成“国家协议”，以满足法官如威尔先生所期望的证据标准。另一项建议侧重于最大限度地减少污染，包括制定“DNA清洁”犯罪现场恢复包的国家标准，以及法医实验室的无菌消耗品。

盖勒普强调，这些问题超出了英国的范围。在德国，在全国范围内的案件中，DNA分析一直将同一名女性认定为嫌疑人，结果发现她是一家棉签工厂的工人。总的来说，Gallop补充说，Caddy审查“真的非常有帮助”，它强调了对案件工作人员进行适当的取证培训以及测试验证和标准化的必要性。

对于Turk来说，在Nickell案例中关于抑制的最重要的教训是需要量化DNA。他解释说:“从这一点开始，我们会更好地了解是否存在DNA，以及它是否有被抑制的风险。”

实验室不会花很多时间试图弄清楚为什么样品没有作用

NIST的Butler补充说，自从Caddy的审查以来，技术也在迅速发展，以减轻分析低量DNA的其他问题。他说:“最大的变化是概率基因分型软件的发展，它可以分配等位基因缺失或等位基因缺失信息的几率。”

在奥斯陆，吉尔继续在这一领域工作，开发软件包来帮助实现他引入的数学概念。然而，他警告说，抑制总是可能的，而且仍在发生。他还指出，人们仍然不总是量化他们的DNA样本，因为测试的资金来源，尤其是在欧洲。由于抑制作用，测试仍然可能不起作用，但考虑到他们的财政限制，法医科学家可能不会回去研究原因。他说:“实验室不会花很多时间去弄清楚一个样品为什么不起作用，除非这是一个非常重要的案例。”

对于Gallop来说，在Nickell案件中对LCN原始样本的疏忽“本不应该发生”。然而，尽管出于不同的原因，它仍然有可能。她担心目前的财务压力会迫使法医科学家过快地处理样本。实际上，你必须考虑你在做什么，你的结果意味着什么。法医学不仅仅是测试。实际情况要复杂得多。而测试出错的后果绝对是可怕的。”

安迪·Extance是一位生活在英国埃克塞特的科学作家