Hier beschrijven we een optimale en efficiënte verwijdering strategie voor het verzamelen van onderhavige bio-deeltjes "raken DNA" monsters, tezamen met een verbeterde amplificatieprotocol waarbij in één stap 5 gl micro-volume lysis / STR amplificatie, het herstel van mogelijk short tandem repeat (STR) profielen van de bio-deeltje donor (en).
DNA-profielen kunnen worden verkregen uit 'tintje DNA' bewijs, die microscopisch kleine sporen van menselijk biologisch materiaal omvat. De huidige methoden voor het herstel van DNA-sporen in dienst wattenstaafjes of plakband op een gebied van belang te proeven. Echter, dergelijke "blinde zwabberen benadering samen monster celmateriaal van de verschillende individuen, zelfs wanneer cellen de individuen zich in verschillende geografische locaties op het artikel. Dus sommige van de DNA mengsels aangetroffen horen DNA monsters kunstmatig gecreëerd door het zwabberen zelf. In sommige gevallen kan het DNA een slachtoffer vinden in aanzienlijke overmaat aldus DNA mogelijke dader maskeren.
Om de uitdagingen met standaard recovery en analysemethoden te omzeilen, hebben we een lagere kostprijs, 'slimme analyse methode die resulteert in verbeterde genetische analyse van aanraking DNA-bewijs ontwikkeld. We beschrijven een geoptimaliseerde eend efficiënte micromanipulatie herstel strategie voor het verzamelen van onderhavige horen DNA monsters bio-deeltjes, alsmede een versterkte amplificatie strategie waarin in één stap 5 ul microvolume lysis / STR amplificatie de terugwinning van STR profielen van de bio-deeltje donor toestaan (s). Het gebruik van individuele of enkele (dwz "klonten") bioparticles resultaten in het vermogen enkelvoudige bron profielen te verkrijgen. Deze procedures geven alternatieve verbeterde technieken voor de isolatie en analyse van afzonderlijke bioparticles van forensisch aanraking DNA bewijs. Hoewel niet noodzakelijk in elk forensisch onderzoek, kan de methode zeer gunstig voor het herstel van een enkele bron dader DNA-profiel in geval van fysieke agressie (bv verstikking) dat niet mogelijk is met behulp van standaard analysetechnieken. Bovendien, de strategieën ontwikkeld hier een kans om genetische informatie in het interne celniveau verkrijgen van verschillende other niet-forensisch spoor biologisch materiaal.
Touch DNA is een vorm van sporen biologische bewijs dat is de rechtstreekse overdracht van celmateriaal (bijv, schuur huidcellen) van een individu naar een object of een ander individu tijdens fysiek contact 1. De mogelijkheid om DNA-profielen te verkrijgen van verschillende aangeraakt voorwerpen (documenten, beddengoed, schoenen, vuurwapens, drinken containers, pennen, aktetas handgrepen) gemeld in de literatuur 2-9.
Een kritische factor in de analyse van de aanraking DNA-bewijs is een succesvol herstel van het spoor biologisch materiaal aanwezig. Raak DNA-bewijs wordt meestal verzameld door zwabberen het verdachte gebied met een steriel wattenstaafje (aangeduid als "blinde-zwabberen"). Met deze benadering wordt de aard van de verzamelde biologische materiaal onbekend en bemonstering van een gegeneraliseerde gebied wordt uitgevoerd. De aanwezigheid van het oppervlak groeven of spleten kan het succesvol herstel van de vaak toch al kleine hoeveelheid bi belemmerensche materiaal aanwezig. Daarnaast zal er een 'blinde-zwabberen' aanpak noodzakelijk co-sample van celmateriaal van de verschillende individuen waarvan de cellen aanwezig zijn op het punt zijn, zelfs als de cellen van de individuen 'bevinden zich in ruimtelijk verschillende locaties op het item. Het herstel van gemengd DNA-profielen, die vaak uitdagend bijzonder lossen met lage template DNA-monsters, wordt vaak waargenomen 8,10,11 en in veel gevallen een indirecte artefact van het zwabberen proces zelf. Wanneer slechts een kleine hoeveelheid materiaal aanwezig uit een van de donors, kunnen standaard extractie en analysetechnieken niet een profiel herstellen van de kleine medewerker. Bovendien, het soort wattenstaafje of dat droog of nat gebruikt (vooraf bevochtigd met steriel water) kan de hoeveelheid biologisch materiaal dat wordt verzameld invloed door verschillen in absorptie en adsorptiviteit en de efficiëntie van afgifte van het biologisch materiaal 12. Standaard extractiemethoden kan bijkomende monster verlies als gevolg vereiste fysische manipulatie van het monster of monsteroverdrachtsapparaat stappen.
Zoals hierboven beschreven kan eenvoudig zwabberen technieken voor het terugwinnen van biologisch materiaal resulteren in het verlies van sporenhoeveelheden biologisch monster en een verhoogde frequentie van gemengd profielen wegens het ontbreken van afzonderlijke biologische componenten te scheiden. Daarom zochten we naar een meer selectieve en efficiënte invordering van strategieën voor het verzamelen van cellulaire microdeeltjes aanwezig op aangeraakt objecten te ontwikkelen. De strategie ontwikkeld voor de analyse van biologisch materiaal van aanraking DNA- bewijsmateriaal (hier aangeduid als "bioparticles" vanwege het feit dat een kern niet altijd zichtbaar omdat een meerderheid van de cellen in de buitenste epidermale huidlaag dood of stervend keratinocyten 13) omvat de volgende: 1) collectie van biologisch materiaal (dat wil zeggen, bioparticles) via gel-film frOM aangeraakt voorwerpen en oppervlakken gedragen kleding of rechtstreekse menselijke huid, 2) microscopisch onderzoek van de teruggewonnen biologisch materiaal verzameling potentiële menselijk lichaamsmateriaal te waarborgen, en 3) micromanipulatie van of enkele bio-deeltjes met een in water oplosbaar kleefmiddel, en 4) autosomale DNA-STR profilering van de verzamelde biologische deeltjes met een microvolume (5 ui) een stap lysis / amplificatiereactie.
Deze procedure biedt talrijke voordelen boven traditionele toegepaste analysemethoden. Herstel van bioparticles met de gel-film maakt een microscopisch onderzoek van het biologische materiaal in het monster vóór de analyse. Een meerderheid van de bioparticles gewonnen uit aanraken DNA bewijs mogen niet kernhoudende cellen waardoor het moeilijker te bepalen welke en hoeveel bio-deeltjes worden gekozen, het microscopisch onderzoek van deze monsters voor analyse geeft aan mogelijkheid om te zoeken naar cellen met kernen dus maximizing de kans op DNA-profiel herstel. De collectie van bioparticles behulp van water oplosbare lijm bijgestaan micromanipulatie maakt de rechtstreekse overdracht van gerichte bioparticles in reageerbuisjes. Deze procedure is zichtbaar onder de microscoop om succesvolle overdracht van het biologische materiaal te waarborgen. Deze vermindering of microvolume reactie verhoogt de gevoeligheid terwijl het verminderen van de kosten van de analyses per monster. Dit maakt de analyse van verhoogde aantallen monsters van een individueel stukje bewijs. Vanwege het bereik in de genetische toestand van bio-deeltjes in aanraking DNA-bewijs, zijn meerdere proeverijen van individuele items aan te bevelen.
Hier tonen we het succesvolle gebruik van de ontwikkelde protocollen zeer bewijskracht genetische profielen van de donors van biologisch materiaal in contact DNA te verkrijgen. De ontwikkelde bioparticle collectie en DNA profiling methoden bieden een uitgebreide 'slimme' (dat wil zeggen, specifiek, meetbaar, attainable, realistisch en tijdgebonden) moleculaire benadering van de karakterisering, de analyse en interpretatie van sporen biologisch materiaal. Hoewel oorspronkelijk ontwikkeld voor toepassing op forensische analyse van aanraking DNA- bewijsmateriaal, kan de hier ontwikkelde strategieën worden toegepast op andere bronnen van biologisch materiaal en bieden een mogelijkheid individuele identificeerbare informatie op enkel cel niveau te verkrijgen.
Hier hebben we beschreven methoden voor het verzamelen en verbeterde genetische analyse van bioparticles hersteld van aanraking DNA-bewijs. De ontwikkelde methode omvat het volgende: 1) verzamelen van biologisch materiaal (bijv bioparticles) via gel-film uit aangeraakt objecten en oppervlakken, gedragen kleding of rechtstreekse menselijke huid, 2) microscopisch onderzoek van de teruggewonnen biologisch materiaal verzameling van mogelijke waarborgen menselijk biologisch materiaal, en 3) micromanipulatie van of enkele bioparticles met een water oplosbaar kleefmiddel, en 4) autosomale DNA-STR profilering van de verzamelde bioparticles met een microvolume (5 ui) een stap lysis / amplificatiereactie. Het gebruik van een one-step gesloten buis reactie vermindert de potentiële verontreiniging, en het monster verlies uit aanvullende steekproef manipulaties of overdracht naar andere reageerbuisjes. De verbeterde one-step microvolume (5 pi) lysis / STR amplificatiereacties maakt het herstel van de volledige of probative STR profielen van de donor van of enkele bioparticles. Deze aanpak is ontwikkeld om enkele bron STR profielen van single- en multi-source aanraking DNA-bewijs (bijvoorbeeld, versleten kleding en andere huishoudelijke artikelen, aangeraakt / behandelde voorwerpen en oppervlakken, huid / huid mengsels) te verkrijgen. Het is met succes toegepast voor de detectie van de mannelijke donor in gesimuleerde lichamelijk geweld mengsel monsters.
Deze aanpak kan verder worden geëvalueerd in toegevoegde lichaamsvloeistof / weefsel mengsel scenario zoals slachtoffer krabben zijn / haar aanvaller, waarin slechts enkele bioparticles van de aanvaller onderhavige onder een overweldigende hoeveelheid biologisch materiaal van het slachtoffer is. Bovendien, aangezien deze aanpak die in de huidige studie maakt analyse bij de enkele bioparticle niveau, kan worden gebruikt om een beter begrip van de aard en omvang van de secundaire overdracht 14-19, waarbij een intermediair brengt een DNA-profiel een surfa krijgence, object of persoon op een ander oppervlak object of persoon 20. Een blinde-zwabberen benadering voor de analyse van secundaire overdracht kan niet sporen materiaal identificeren van de secundaire donor. De aanpak ontwikkeld hier maakt de analyse of enkele bioparticles en derhalve de resultaten niet verstoord door de aanwezigheid van een overweldigende hoeveelheid biologisch materiaal van de primaire donor. De methodieken ontwikkeld in dit werk kan ook gevolgen hebben voor de analyse van sporen biologisch materiaal in aanranding gevallen zoals die waarbij de digitale penetratie van de vagina, waar positieve identificatie van sporen van huidcellen van de dader van cruciaal belang zou kunnen zijn dat seksueel contact te leggen plaatsgevonden.
Terwijl de verzameling bioparticles van gel-foliemonster niet moeilijk en complex manipulaties omvatten, zijn er kritische stappen in deze procedure die moeten worden uitgevoerd met grote inspanningen om de successful overdracht van bioparticles tot de stroomafwaartse reactievat. De collectie van bioparticles met het wateroplosbare lijm moet microscopisch bekeken (dwz stereomicroscoop bij een sterke vergroting (~ 200-300X) zodat alleen de bioparticles van belang worden verzameld. Afhankelijk van de grootte van de lijm "ball" gebruikt, daar is het mogelijk om extra omringende materiaal dat zowel biologische en niet-biologische materiaal (bijvoorbeeld vezels, ander materiaal) kunnen verzamelen. Het verzamelen van onbedoelde extra bioparticles kan leiden tot het herstel van gemengd DNA-profielen. De verzameling van niet-biologisch materiaal Remmers in de micro-volume lysis invoeren / STR reacties. Wanneer meerdere bioparticles verzameld met hetzelfde hechtmiddel "ball", is er een risico van eerder verzamelde bioparticles om losraken van de lijm. Dit is niet vaak waargenomen, maar kan optreden bij grotere aantallen bioparticles worden verzameld (bijvoorbeeld meer dan 50) met een enkele lijm "bal". Als een groot aantal bioparticles zijn gericht, is het aanbevolen dat meerdere collecties van minder bioparticles zijn gemaakt, maar alle overgedragen in dezelfde 0,2 ml buis. Zodra bioparticles verzameld moet erop worden tijdens het verwijderen van de gel-filmschuif van de microscoop podium en de plaatsing van de 0,2 ml buis zodanig dat de punt van de naald niet wordt verstoord. Tijdens plaatsing van de punt van de naald in het amplificatie mengsel onder aan de 0,2 ml buis, moet de punt van de naald niet contact met de zijkanten van de buis maakt om verlies van materiaal aan de zijkanten van de buis voorkomen. Hoewel de oplosbaarheid van de lijm typisch snel (~ 30 sec of minder, afhankelijk van de grootte van de lijm "ball") en kan gevolgd tijdens microscopisch onderzoek, de punt van de naald moet langzaam van het amplificatie mengsel verwijderd dat volledige waarborgen oplosbaarvan de lijm is bereikt. Wanneer de lijm niet volledig opgelost, kan de naald terug naar de vloeistof volledig oplossen mogelijk.
De hier beschreven protocollen zijn geoptimaliseerd voor gebruik met bioparticles en menselijke cellen uit forensisch biologische bewijs. De lysis buffer gekozen verenigbaar met het gekozen DNA-STR amplificatie kit. Alhoewel er geschikte alternatieve lysis buffers, moet de efficiëntie qua cellyse en compatibiliteit met downstream analyse gecontroleerd door de gebruiker. Daarnaast hebben de STR versterking set en versterking cyclusnummer beschreven in dit protocol is geoptimaliseerd voor gebruik met of enkele bioparticles. Een volgende generatie STR versterking kit met gerapporteerde verhoogde robuustheid en gevoeligheid werd geselecteerd en is aangetoond te leiden tot het herstel van hoge kwaliteit STR profielen uit of enkele bioparticles. Terwijl tal van andere STR kits, met wisselende aanbevolen versterkercatie cyclus nummers, beschikbaar zijn, kunnen zij niet geschikt gevoeligheid bezitten en daarom zou moeten goed worden geëvalueerd voor gebruik in deze protocollen.
Ondanks het succesvolle gebruik van de beschreven methoden voor het herstel STR profielen uit of enkele bioparticles, zal het slagingspercentage van het profiel van herstel niet 100%. Daarom is voor sommige monsters een beperkte gedeeltelijke DNA-profiel of geen profiel worden waargenomen. Dit kan niet worden vermeden vanwege het onvermogen om meest bioparticles afdoend visueel identificeren als celmateriaal, de potentiële gedegradeerde toestand van het kernmateriaal in de opgevangen bioparticles of verlies van monstermateriaal van het kleefmiddel vóór de overdracht in het reactievat. Daarom wordt de analyse van een enkele bioparticle monster voor elke aanraking DNA punt niet aan te raden. We verzamelen vaak 20 sample sets van een individu gel-film monster en zal extra sample sets te verzamelen als dat nodig is als er een geschikte STR-profiel niet wordt verkregen. Thij enige beperking voor collecties is de hoeveelheid biologisch materiaal aanwezig op de gel-filmmonster (en waarschijnlijk een analyse kosten, hoewel de microvolume reacties bieden de mogelijkheid om bijkomende monsters te verzamelen voor een vergelijkbare of lagere kosten als een standaard reactievolume ( bijvoorbeeld 25 pi).
De ontwikkelde DNA profiling methoden beschrijven hier zorgen voor een moleculaire benadering van de karakterisering, de analyse en interpretatie van sporen biologisch materiaal hersteld van aanraking DNA-monsters. Er is echter aanvullende genetische informatie die kan worden verkregen van de teruggewonnen bioparticles naast de bepaling van de donor (bijv STR profiel) van de donor van het biologisch materiaal. Het weefsel of orgaan bron van herkomst vloeistof (bijv huid versus speeksel) kan van cruciaal belang contextuele informatie om een strafrechtelijk onderzoek te verstrekken. Zonder een dergelijke bepaling, kan de dubbelzinnigheid van het weefsel bron van herkomst worden exploperkte als alternatieve omstandigheden van het misdrijf (bijvoorbeeld, hoe het lichaam vocht kunnen gedeponeerd zijn) kan worden voorgesteld. De bioparticle verzamelen en isolatie protocollen beschreven kunnen worden gebruikt om bioparticles of andere cellen (bijvoorbeeld buccaal, vaginaal) voor gebruik in een bronweefsel identificatie (mRNA profielen 21-30) strategie behelst micro-volume reverse transcriptie (RT) verzamelt en amplificatiereacties. Met verdere optimalisatie kan het ook mogelijk zijn om een DNA / RNA co-isolatie strategie celtype identificatie (RNA) en STR profilering overschakeling van hetzelfde monster, waaronder bioparticles uit aanraken DNA- bewijsmateriaal ontwikkelen.
The authors have nothing to disclose.
The authors would also like to thank all participants who donated samples for this work. This work was funded by the Office of Justice Program, National Institute of Justice, Department of Justice under award number 2010-DN-BX-K139. The funding agencies had no involvement in the study design, in collection, analysis and interpretation of data, or in the writing of the report. Points of view in this document are those of the authors and do not necessarily represent the official positions of the U.S. Department of Justice.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
SealRite 1.5 mL natural microcentrifuge tubes, sterile | USA Scientific | 1615-5510 | numerous altnerative suppliers are available, but tubes should be sterile |
0.2 mL PCR tubes with flat cap, natural | Phenix Research | MPX-200F | or equivalent |
Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666 and/or 06-666-11C | |
Alcohol prep pads | Fisher Scientific | 06-669-62 | alternative is 06-665-24 (Fisher Sci); canister of larger alcohol wipes rather than individual pads |
Sterile water | 18.2 mega-ohm, autoclaved | ||
Glass microscope slides, frosted, 3" x 1": 1mm | Fisher Scientific | 12-544-3 | alternative brands or sizes are acceptable |
Disposable transfer pipet | Fisher Scientific | 13-711-9D | alternatives are acceptable |
Trypan blue solution | Sigma | T8154 | |
Pipets: 0.2-2, 2-20, 10-100, 100-1,1000 mL | various | ||
Sterile, aerosol-resistant pipet tips | various | ||
Mini-centrifuge | various | ||
Stereomicroscope | Leica | M205C | others are suitable, but must be capable of magifications up to 350X |
GeneAmp PCR system 9700 thermal cycle (silver or gold block) | Life Technologies | N8050200 or 4314878 | other models and manufacturers can be used, but performance with the STR amplification kit must be verified |
3130 Genetic Analyzer | Life Technologies | 3130-01 | Alternatives: 310 or 3500 Genetic Aanlyzers (Life Technologies) |
GeneMapper software | Life Technologies | various | Various versions of the software are available and can be used |
WF Gel-Film , x8 retention level | Gel-Pak | WF-40-x8-A | 4" x 4" wafer film; can be ordered in other size specifications |
Double sided tape | various | ||
Glass block, 3" x 1.5" x 3/8" | McCrone Microscopes and Accessories | 370-2 | or equivalent |
Tungsten needle with holder | McCrone Microscopes and Accessories | 106 | |
3M water soluble wave solder tape, 5414 transparent | Allied Electronics | 70113977 | |
Lysis buffer (forensicGEM Saliva, Zygem) | VWR | 95043-992 | Lysis buffer is prepared in 10 ml portions (prepare additional master mix portions as needed to accommodate the desired number of samples). 1.5 ml is used for each sample. To prepare 10 ml of lysis buffer (sufficient for ~6 samples): 6.9 mL sterile water, 2.1 mL 10x buffer – blue, 1 mL forensicGEM. |
STR Amplification kit, AmpFlSTR Identifiler Plus PCR amplification kit | Life Technologies | 4427368 | Alternative STR amplification kits can be used, but performance would have to be verified by user. The amplification mix is prepared as follows (volumes per sample): 2.2 ml PCR reaction mix, 1.1 ml Primer set, 0.2 ml (1U) AmpliTaq Gold DNA polymerase. A master mix sufficient for the desired number of samples should be prepared. 3.5 ml of the prepared mix is added to the 0.2 mL tube for bio-particle collection. |
AmpliTaq Gold DNA polymerase | Life Technologies | N808-0245 | |
HiDi formamide | Life Technologies | 4311320 | |
GeneScan 500 LIZ size standard | Life Technologies | 4322682 | |
96 well optical reaction plates | Life Technologies | N8010560 | |
Plate septa, 96 well | Life Technologies | 4315933 | |
Performance-optimized polymer, POP-7 | Life Technologies | 4363785 | Alternatives such as POP-4 are acceptable |