Qui si descrive una strategia di rimozione ottimizzato ed efficiente per la raccolta di bio-particelle presenti nel 'toccare DNA' campioni, con un protocollo di amplificazione potenziata coinvolge un solo passaggio 5 microlitri micro-volume di lisi / STR amplificazione, per consentire il recupero di repeat short tandem (STR) profili del donatore bio-particelle (s).
Profili DNA possono essere ottenuti da prove 'touch DNA', che comprende le tracce microscopiche di materiale biologico umano. Gli attuali metodi per il recupero di tracce di DNA tamponi impiego di cotone o nastro adesivo di assaggiare una zona di interesse. Tuttavia, un tale approccio 'blind-swabbing' co-campione di materiale cellulare da diverse persone, anche se le cellule degli individui si trovano in luoghi geograficamente distinti sulla voce. Pertanto, alcune delle miscele di DNA riscontrate nei campioni di DNA tattili creati artificialmente dal tampone stesso. In alcuni casi, il DNA della vittima può essere trovato in notevole eccesso mascherando così DNA qualsiasi potenziale aggressore.
Al fine di eludere le sfide con metodi di recupero e di analisi standard, abbiamo sviluppato un costo inferiore, il metodo 'analisi intelligente' che si traduce in analisi genetica avanzata di prove tocco DNA. Descriviamo un un ottimizzatod strategia di recupero micromanipolazione efficiente per la raccolta di bio-particelle presenti nei campioni di DNA contatto, nonché una strategia di amplificazione potenziata coinvolge un solo passaggio 5 microlitri microvolumi lisi / STR amplificazione per consentire il recupero dei profili STR dal donatore bio-particelle (s). L'uso di singoli o pochi (cioè "grumi") bioparticelle risultati nella capacità di ottenere profili sorgente singoli. Tali procedure rappresentano tecniche avanzate alternative per l'isolamento e l'analisi delle singole bioparticelle da forense prove tocco DNA. Anche se non necessaria in ogni indagine forense, il metodo potrebbe essere estremamente utile per il recupero di un profilo DNA fonte autore unico in casi coinvolgono aggressione fisica (ad esempio, strangolamento) che potrebbe non essere possibile utilizzando tecniche di analisi standard. Inoltre, le strategie sviluppate qui offrono la possibilità di ottenere informazioni genetiche a livello di singola cellula da una varietà di other traccia non-forense materiale biologico.
Toccare DNA è una forma di traccia prove biologiche che è il trasferimento diretto di materiale cellulare (ad es, gettare le cellule della pelle) da un individuo ad un oggetto o di un altro individuo durante il contatto fisico 1. La possibilità di ottenere profili DNA da una varietà di oggetti toccati (documenti, biancheria, scarpe, armi da fuoco, contenitori bere, penne, valigetta gestisce) è stato riportato in letteratura 2-9.
Un fattore critico nella analisi delle prove tocco DNA è assicurare il recupero della traccia materiale biologico presente. Al tatto prova del DNA è tipicamente raccolte tamponando la zona sospetta con un tampone di cotone sterile (denominato "blind-swabbing"). Usando questo approccio, la natura del materiale biologico raccolto non è nota e viene eseguita campionamento di una zona generalizzata. La presenza di scanalature superficiali o fessure può ostacolare il completamento del ripristino del spesso già piccola quantità di bimateriale ological presente. Inoltre, un approccio 'blind-swabbing' sarà materiale cellulare necessariamente co-campione dai diversi individui le cui cellule sono presenti sulla voce, anche se le cellule degli individui si trovano in posizioni spazialmente distinte sulla voce. Il recupero dei profili DNA mescolate, che sono spesso difficili da risolvere in particolare con campioni di DNA a basso template, è frequente 8,10,11 e in molti casi sarà un artefatto conseguente processo swabbing stesso. Se solo una piccola quantità di materiale era presente da uno dei donatori, tecniche di estrazione e analisi standard possono non riescono a recuperare un profilo dal contributo minore. Inoltre, il tipo di tampone o se è stato utilizzato asciutto o bagnato (pre-inumidito con acqua sterile) possono influenzare la quantità di materiale biologico che vengono raccolte a causa di differenze di assorbimento e adsorptivity e l'efficienza di rilascio del materiale biologico 12. Smetodi di estrazione tandard possono causare la perdita del campione supplementare a causa di richieste manipolazione fisica dei passaggi di esempio o di trasferimento del campione.
Come descritto sopra, semplici tecniche di tampone per il recupero di materiale biologico può comportare la perdita di tracce di campione biologico nonché una maggiore frequenza di profili mescolate causa di un guasto per separare i singoli componenti biologici. Pertanto, abbiamo cercato di sviluppare strategie di recupero più selettivi ed efficienti per la raccolta di microparticelle cellulari presenti sugli oggetti toccati. La strategia sviluppata per l'analisi di materiale biologico da prove tocco DNA (indicato qui come "bioparticelle" a causa del fatto che un nucleo non è sempre visibile poiché la maggior parte delle cellule presenti nello strato epidermico esterno della pelle sono morti o morenti cheratinociti 13) prevede quanto segue: 1) raccolta di materiale biologico (cioè bioparticelle) tramite gel film from toccato oggetti e superfici, articoli di abbigliamento indossati o pelle umana diretta, 2) esame microscopico del materiale biologico recuperato per garantire la riscossione dei potenziale materiale biologico umano, e 3) di micromanipolazione di bio-particelle singole o poche utilizzando un adesivo solubile in acqua, e 4) autosomica DNA-STR profiling dei bio-particelle raccolte utilizzando una microvolumi (5 ml) di uno stadio lisi / reazione di amplificazione.
Questa procedura offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi di analisi utilizzati tradizionalmente. Recupero bioparticelle utilizzando gel pellicola permette un esame microscopico del materiale biologico presente nel campione prima dell'analisi. Mentre la maggioranza dei bioparticelle recuperati da prove tocco DNA non sia cellule nucleate rendendo più difficile determinare quale o quanti dovrebbero essere selezionati bio-particelle, l'esame microscopico di questi campioni prima dell'analisi fornisce alla possibilità di cercare cellule nucleate quindi maximizzione la probabilità di recupero del profilo DNA. La collezione di bioparticelle utilizzando solubile in acqua micromanipolazione adesivo assistita consente il trasferimento diretto di bioparticelle mirati nelle provette di reazione. Questa procedura viene visualizzato al microscopio per garantire un efficace trasferimento del materiale biologico. La reazione ridotto o microvolumi aumenta la sensibilità riducendo il costo di analisi per campione. Questo permette l'analisi di aumento del numero di campioni da un singolo pezzo di prova. Grazie alla gamma dello stato genetico di bio-particelle in contatto la prova del DNA, si raccomanda più campionamenti da singoli elementi.
Qui, dimostriamo il successo nell'uso dei protocolli sviluppati per ottenere profili genetici altamente probatorio dei donatori di materiale biologico a prova del DNA tocco. La collezione bioparticle sviluppato e DNA metodi di profiling forniscono una vasta 'intelligente' (cioè, specifici, misurabili, Attainable, realistici e tempestivi) molecolare approccio alla caratterizzazione, analisi e interpretazione della traccia di materiale biologico. Mentre originariamente sviluppato per l'applicazione di analisi forense delle prove tocco DNA, le strategie sviluppate qui possono essere applicati ad altre fonti di materiale biologico e offrono la possibilità di ottenere informazioni di identificazione individuale a livello di singola cellula.
Qui abbiamo descritto metodi per la raccolta e l'analisi genetica avanzata di bioparticelle recuperati dalla prova del DNA tocco. L'approccio sviluppato prevede quanto segue: 1) raccolta di materiale biologico (cioè bioparticelle) tramite gel a film da oggetti toccati e superfici, articoli di abbigliamento indossati o pelle umana diretta, 2) l'esame microscopico del materiale biologico recuperato per garantire la raccolta di potenziale materiale umano biologici, e 3) di micromanipolazione bioparticelle singole o poche usando un adesivo solubile in acqua, e 4) autosomica DNA-STR profilatura dei bioparticelle raccolti utilizzando un microvolumi (5 ml) a fase di lisi / reazione di amplificazione. L'uso di una reazione tubo chiuso one-step riduce la possibilità di contaminazione del campione e perdite da manipolazioni campioni supplementari o trasferimento ad altre provette di reazione. La migliorata microvolumi one-step (5 microlitri) lisi / reazioni di amplificazione STR permette il recupero di tutto o probative STR profili del donatore di bioparticelle singole o poche. Questo approccio è stato sviluppato per ottenere profili fonte STR singole da single e multi-source tocco prova del DNA (ad esempio, articoli indossati abbigliamento ed altri articoli per la casa, toccato / oggetti manipolati e superfici, miscele pelle / pelle). È stato usato con successo per la rilevazione del donatore maschio in campioni miscela attacco fisici simulati.
Questo approccio potrebbe essere ulteriormente valutato in ulteriori scenari miscela corpo fluido / tessuto, come una vittima che graffia la sua / il suo assalitore, in cui solo pochi bioparticelle dal aggressore sarebbe presente tra una straordinaria quantità di materiale biologico da parte della vittima. Inoltre, dal momento che questo approccio sviluppato in questo studio consente analisi a livello bioparticle singolo, potrebbe essere utilizzata per ottenere una migliore comprensione della natura e l'entità di trasferimento secondario 14-19, in cui un intermediario trasferisce un profilo DNA su un surface, oggetto o persona ad un altro oggetto di superficie o di una persona 20. Un approccio cieco swabbing all'analisi di trasferimento secondario può riuscire ad identificare tracce di materiale dal donatore secondario. L'approccio qui sviluppato permette l'analisi di bioparticelle singole o poche e quindi i risultati non sono confuso dalla presenza di una quantità enorme di materiale biologico dal donatore primario. Le metodologie sviluppate in questo lavoro può anche avere implicazioni per l'analisi delle tracce di materiale biologico nei casi di violenza sessuale, come quelli che coinvolgono la penetrazione digitale della vagina dove identificazione di tracce di cellule della pelle dal colpevole potrebbe essere cruciale per stabilire il contatto sessuale si è verificato.
Mentre la raccolta di bioparticelle dal campione di gel a film non comporta manipolazioni difficili e complesse, vi sono passaggi critici in questo procedimento che devono essere effettuate con grande cura per assicurare la SUtrasferimento ccessful di bioparticelle nel recipiente di reazione a valle. La raccolta di bioparticelle con l'adesivo solubile in acqua deve essere considerata microscopicamente (cioè, stereomicroscopio ad alto ingrandimento (~ 200-300X) per garantire che solo le bioparticelle di interesse sono raccolti. A seconda delle dimensioni del collante "pallone" usato, ci è la possibilità di raccogliere materiale circostante aggiuntivo che può comprendere sia materiale biologico e non biologico (ad esempio, le fibre, altri detriti). La raccolta di impreviste bioparticelle supplementari può comportare il recupero dei profili di DNA mescolate. La raccolta di materiale non biologico può introdurre inibitori nella lisi micro-volume / reazioni STR. Se più bioparticelle sono raccolti con lo stesso adesivo "pallone", vi è un potenziale di bioparticelle precedentemente raccolti per diventare distaccato dal collante. Questo non è frequente, ma può verificarsi quando un numero maggiore di bioparticles vengono raccolti (ad esempio, più di 50) con un unico "pallone" adesivo. Se un numero elevato di bioparticelle sono mirati, si raccomanda che più insiemi di numero inferiore bioparticelle sono fatti ma tutti trasferiti nella stessa provetta 0,2 ml. Una volta bioparticelle sono stati raccolti, è necessario prestare attenzione durante la rimozione della slitta gel pellicola dal microscopio e il posizionamento del tubo 0,2 ml modo che la punta dell'ago non è disturbato. Durante il posizionamento della punta dell'ago nella miscela di amplificazione sul fondo della provetta 0,2 ml, la punta dell'ago non deve entrare in contatto con i lati del tubo al fine di evitare perdite di materiale sui lati del tubo. Mentre la solubilizzazione dell'adesivo è tipicamente rapida (~ 30 sec o meno a seconda delle dimensioni del collante "pallone") e può monitorata durante l'esame al microscopio, la punta dell'ago deve essere lentamente rimosso dalla miscela di amplificazione per garantire che completa solubilizzazionedell'adesivo è stato raggiunto. Se l'adesivo non ha completamente dissolto, l'ago può essere restituito al liquido per permettere la completa dissoluzione.
I protocolli qui descritti sono stati ottimizzati per l'uso con bioparticelle e cellule umane di prove biologiche forensi. Il tampone di lisi selezionato è compatibile con il kit di amplificazione del DNA-STR selezionato. Mentre ci possono essere adeguati buffer di lisi alternative, la loro efficienza in termini di lisi cellulare e la compatibilità con l'analisi a valle deve essere verificata da parte dell'utente. Inoltre, il numero di kit di STR amplificazione e ciclo di amplificazione descritto in questo protocollo sono stati ottimizzati per l'uso con bioparticelle singoli o pochi. Un kit STR amplificazione di nuova generazione con riportato un aumento robustezza e la sensibilità è stato selezionato ed è stato dimostrato di provocare il recupero dei profili STR alta qualità da bioparticelle singole o poche. Mentre molti altri kit STR, con diversi amplificatore consigliatonumero di cicli cazione, sono disponibili, essi potrebbero non avere la sensibilità adatta e quindi avrebbe bisogno di essere adeguatamente valutati prima dell'uso in questi protocolli.
Nonostante l'uso efficace dei metodi descritti per i profili STR recupero da bioparticelle singoli o pochi, il tasso di successo di recupero profilo non sarà al 100%. Pertanto, per alcuni campioni possono essere osservati un profilo DNA parziale, limitato o nessun profilo. Ciò non può essere evitata a causa della incapacità di identificare visivamente conclusivamente maggior bioparticelle come materiale cellulare, il potenziale stato di degrado del materiale nucleare nei bioparticelle o perdita di materiale del collante raccolti prima del trasferimento nel recipiente di reazione. Pertanto, non è raccomandato l'analisi di un singolo campione bioparticle per ogni articolo DNA tocco. Abbiamo spesso raccogliere 20 set di campioni provenienti da un campione di gel-singolo film e raccoglieremo set di campioni supplementari, se necessario, se non si ottiene un profilo STR adeguato. Tegli limitazione solo per collezioni è la quantità di materiale biologico presente sul campione gel film (e probabilmente il costo di analisi, anche se le reazioni microvolumi offrono la possibilità di raccogliere campioni supplementari per un costo simile o inferiore come un unico volume di reazione standard ( ad esempio, 25 ml).
I metodi del DNA profiling sviluppati descrivono qui forniscono un approccio basato molecolare alla caratterizzazione, analisi e interpretazione della traccia di materiale biologico recuperato da campioni di DNA a sfioramento. Tuttavia, vi sono informazioni genetiche aggiuntiva che può essere ottenuto dalle bioparticelle recuperati in aggiunta alla determinazione del donatore (cioè, profilo STR) del donatore del materiale biologico. Il tessuto o organo sorgente del fluido di origine (ad esempio, la pelle contro saliva) può fornire informazioni contestuali fondamentale per un'indagine penale. Senza una tale determinazione, l'ambiguità della fonte tessuto di origine può essere Explotata come circostanze alternative di reato (ad esempio, come il fluido corpo potrebbe essere stato depositato) potrebbe essere suggerito. I protocolli di raccolta bioparticle e isolamento qui descritti potrebbero essere utilizzati per raccogliere bioparticelle o altre cellule (ad esempio, buccale, vaginale) da utilizzare in un identificativo fonte tissutale (mRNA profilatura 21-30) strategia che coinvolge micro-volume di trascrizione inversa (RT) e reazioni di amplificazione. Con ulteriore ottimizzazione può anche essere possibile sviluppare un DNA / RNA strategia co-isolamento per consentire l'individuazione tipo cellulare (RNA) e STR profiling dallo stesso campione, compresi bioparticelle da prove tocco DNA.
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 |