QIAcube小型工作站在生物接触类检材提取中的应用研究
2023-03-15
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别辛技术 Forensic Science and Technology 2015年第40卷第2期 ・论 著・ DOI:10.16467 ̄.1008—3650.2015.02.008 QIAcubed ̄型工作站在生物接触类检材提取中的应用研究 徐韩飞,范京来,富渭鑫,陈立彰,尤汉杰 (温州1市公安局刑科所,浙江温州325000) QIAcube System in Touch DNA Extraction XU Han-fei,FAN Jing—lai,FU Wei—xin,CHEN Li—zhang,YOU Han-jie(Institute ofForensic Science,Wenzhou Public SecurRyBureau,Zhejiang Wenzbou 32500g China) ABSTRACT:Objective To explore the applicability of QIAcube Forensics Casework DNA extraction system into extracting touch DNA and evaluate the effect.Methods 30 samples were transferred from forensic biological evidence using tape—lifting technique,30 samples transferred by yams and 30 samples transferred using double swab technique.All these 90 samples were extracted by QIAcube,EZ1 and SiO2 extraction systems respectively,then quantiifed and detected by STR typing.Results Up to 44.4%touch DNA were Successfully detected by QIAcube extraction system.with successful rate of 56.7%in tape.1itfing group.46.7%in yams group and 30.0%in double swab group.Both forensic biological evidence of tape lifting group and yams group got good STR typing results using QIAcube extraction system.and the DNA concentrations were higher than that of swab group.QIAcube and SiO2 extraction system got good STR typing,especially at the large fragment loci,and the concentrations of extracted DNA were higher than that of EZ1 extraction system.Up to 44.4%touch DNA were detected by QIAcube extraction system,while the SiO,extraction system was 43.2%and the EZ1 extraction system was 26.9%.There was no statistical difference in DNA concentration between 0IAcube and SiO,system,which were both obviously higher than that of EZ 1 extraction system.Conclusions 0IAcube extraction system is an effective method to extract DNA from forensic biologica1 evidence.applicable into forensic practice. KEY WoRDS:forensic genetics;OIAcube;EZ 1:silicon bead—based methal;touch DNA sample 摘要:目的探讨QIAcube工作站在生物接触类检材中的提取效果。方法将90份以脱落细胞粘取膜、实物样 本(纱线转移)或棉签擦拭物为载体的生物接触类检材,分别采用QIAcube工作站、EZ1工作站和手工硅珠法 进行基因组DNA提取、定量并检测15个常染色体基因座的STR分型。结果利用QIAcube工作站提取的生物 接触类检材平均检出率达到44.4%,其中脱落细胞粘取膜组检出率为56.7%,实物纱线转移组检出率为46.7%, 棉签擦拭物组检出率为30.0%。脱落细胞粘取膜组和实物样本(纱线转移)组均获得较好的STR分型结果,所 得DNA浓度均优于棉签擦拭物组样本。QIAcube工作站组平均检出率为44.4%,手工硅珠法组平均检出率为 43.2%,而EZ1工作站组平均检出率为26.9%,前两者平均检出率明显高于EZ1工作站组。QIAcube工作站组 与硅珠法组所得DNA浓度无显著差异,但均明显高于EZ1工作站组。QIAcube工作站组与硅珠法组检测得到 的STR分型RFU值及峰值均衡性均优于EZ1工作站组,尤其是大片段基因在前两组中均能够被完整检测到。 结论采用QIAcube工作站提取生物接触类检材检出率高,STR分型结果良好,可应用于法医物证实际案件检验。 关键词:法医遗传学;QIAcube;EZ1;硅珠法;生物接触类检材 中图分类号:DF795.2文献标识号:A文章编号:1008.3650(2015)02.01 18.04 作者简介:徐韩飞(1983一),女,浙江瑞安人,法医师,硕士,研究方向为法医物证学。E—mail:xuhanfei0219023@163.com 2015年第40卷第2期 徐韩飞等:QIAcubed’霎 工作站在生物接触类检材提取中的应用研究 ・119・ 生物接触类检材已成为法医物证DNA检验的 在样本中加入500gL左右体积(以没过载体为宜) 的Lysis Buffer(Lysis:lmol/L DTT为100:1),在恒温 常规检材,此类检材存在浓度低、易降解、易污染、 含有扩增抑制物和二次转移易损耗等问题,检出率 低。本研究拟通过QIAcube小型工作站(以下简称 QIAcube工作站)对生物接触类检材进行提取,并 与其他方法如EZ1 Advanced小型工作站(以下简称 EZ1工作站)和手工硅珠法等进行比较,探讨在检验 混匀仪上1000r/min,95℃孵育裂解0.5h后,吸取上清, 加入lOpL 6%硅珠混悬液,室温放置15min,间或 混匀,70%冰乙醇洗涤3次,加入40gL TE在56℃ 恒温混匀仪上保温15min,离心转移洗脱得到DNA 样本。 量日趋攀升的背景下如何快速高效地完成生物物证 样本消化时间和扩增模板体积的优化随机选 的DNA检验。 1材料与方法 1.1材料 随机选取2014年4月份本实验室受理的各类接 触类生物检材90份,来源均为鼠标、门把手和窗户 等汗潜指纹,室温保存。脱落细胞粘取膜、实物样本 纱线转移(利用干湿两步法将生物样本DNA转移至 纱线)或棉签擦拭物各30份。 1.2研究方法 1.2.1 主要钗器与试剂QIAcube工作站、EZ1工作站 (QIAGEN公司),Eppendorf荧光定量PCR仪(Eppendorf 公司),9700 PCR扩增仪、3500XL型遗传分析仪、 GeneMapper ̄ID.X分析软件(AB公司),QIAamp ̄ DNA Investigator Kit试剂盒(以下简称QIAamp试剂盒, QIAGEN公司)、EZ1 DNA Investigator Kit试剂盒(以 下简称EZ1试剂盒,QIAGEN公司),6%硅珠混悬液 (Sigma公司),硅珠裂解LysisBuffer(Promega公司), Identifiler ̄Plus PCR试剂盒、Quantiifler ̄DUO定量试 剂盒(AB公司)。 1.2.2方法DNA提取90份生物接触类检材剪 取适量,平均分成三份,以消化裂解液没过样本载 体为宜。按照QIAcube工作站Forensics Casework Samples:Puriifcation纯化程序(以下简称Puriifca. tion程序)在样本中加入ATL缓冲液300p,L(含 20gL PK,QIAamp试剂盒自带),在恒温混匀仪 上1000rpm/min,56℃孵育裂解lh(或2h),将洗 脱体积设置成40p.L,自动化提取纯化得到DNA样 本;按照EZ1工作站Trace TD纯化程序(以下简 称Trace程序)在样本中加入G2液200 ̄L(含10 PK,EZ1试剂盒自带),在恒温混匀仪上1000r/min, 56 ̄(2孵育裂解1h,洗脱体积40 ,自动化提取纯化 得到DNA样本;按照参考文献,采用改良硅珠法_1], 取20份脱落细胞粘取膜为载体的生物接触类检材, 根据不同的消化时间(1、2h)和模板量(1、2、 4pL)将每份样本分成6组,依照QIAcube工作站 Puriifcation纯化程序所得DNA含量选择最佳消化时 间和模板扩增量。 PCR扩增及产物检测采用Quantiifler ̄DUO定 量试剂盒在Eppendorf荧光定量PCR仪上进行提取 产物浓度定量。热循环参数参照试剂盒说明书。采 用Identiifler ̄Plus PCR试剂盒在9700 PCR扩增仪上 进行复合扩增。扩增体系为10 ,其中反应液4pL, 引物2gL,模板量4gL(或1、2gL),热循环参数参 照试剂盒说明书。扩增产物经3500XL型遗传分析仪 检测,GeneMapper ̄ID.X软件分析得到分型结果。 分型结果判断通过GeneMapper ̄ID.X软件分 析,获得9个STR基因座以上(包括9个基因分型), RFU值大于等于50的样本判定为检出样本,9个基 因座以下且RFU值小于50的则判定为未检出样本『2]。 2结果 2.1 不同消化时间和扩增模板量所得DNA浓度比较 随机选取的20份脱落细胞粘取膜为载体的生物 接触类检材,按照获得9个STR基因座以上(包括 9个基因分型)且RFU值大于等于5O的判定标准(含 混合分型图谱),对得到的9份检出样本进行统计分 析。表1显示,消化时问对DNA浓度的影响差异 无统计学意义(尸>0.05 o样本模板量为1laL的生 物样本得到的DNA浓度明显低于模板量为2gL和 4gL的生物样本(P<0.05)。样本模板量为2gL和 4gL的生物样本得到的DNA浓度差异虽无统计学意 义(尸>0.05),但从STR分型效果来看,样本模板 量为4BL的检材对应的RFU值及峰值均衡性均优于 2 L。经综合比较,本研究采用1h消化时间和4 L 模板量对样本进行提取和扩增。 ・120・ 2015年第4O卷第2期 2.2不同转移载体QIAcub提取DNA浓度和sTR分型 采用QIAcube工作站提取的生物接触类检材中, 检出率为44.4%,手工硅珠法组平均检出率为43.2%, 而EZ1工作站组平均检出率为26.9%,明显低于前两 脱落细胞粘取膜组检出率达56.7%,检出样本DNA浓 度达(0.263±0.100)ng/ ̄tL,实物纱线转移组检出率 组的检出率。采用QIAcube工作站处理得到的检出样 本DNA平均浓度明显高于EZ1工作站组(尸<0.05), 达46.7%,DNA浓度达(0.195±0.058)ng/gL,棉签 经检测得到的STR分型RFU值及峰值均衡性均优于 EZ1工作站组,尤其大片段基因能够被完整检测到。 QIAcube工作站组检出样本DNA平均浓度与手工硅 珠法组相比,无统计学差异(尸>0.05 o 在检材条件较差DNA浓度偏低的样本中,有8 擦拭物组检出率达30.0%,DNA浓度达(0.168±0.084) ng/ ̄tL,其平均检出率达44.4%(见表2 o结果显示, 脱落细胞粘取膜组和实物纱线转移组样本得到的DNA 浓度普遍比棉签擦拭物组高。两组检出样本均获得较 好的STR分型结果。 2.3 QIAcube、EZ1与手工硅珠法比较 份样本经EZ1工作站取的样本只有个别基因座检见, 等位基因缺失,RFU值低,且大片段基因座抑制明 生物接触类检材一式三份,分别采用QIAcube工 作站、EZ1工作站和手工硅珠法提取DNA,检出样 本的DNA平均浓度见表3。QIAcube工作站组平均 显。而同一样本经由QIAcube工作站提取,扩增检 测得到的RFU值约能达到200,获得9~12个基因座 的STR分型 表1 不同消化时间和不同模板量得到的DNA浓度比较(n=20) Table 1 Comparison of DNA yield from diferent digestion time and template(n=20) 表3三种提取方式处理的样本检出率和DNA浓度比较(n=30) Table 3 Comparison of detection rate and DNA mass concentration with diferent extracting system(n=30) 3讨论 窗户上的汗潜指纹等生物接触类检材提取与检验成 为日常检材,在实际工作中具有重要意义。生物接触 类检材,绝大部分是汗液斑,其DNA来自脱落的上 随着法医物证DNA检验在刑事案件中普及,勘 查人员对生物检材提取意识和犯罪人员反侦察意识 皮细胞中部分未角化细胞的细胞核l3】。不同个体之间 存在汗液分泌多少、基础代谢率等生理差异,以及接 触的剧烈程度、接触时间、载体的物理属性和DNA 都在提高,烟蒂、现场血、手套甚至猫眼上口香糖 等DNA易于检出的生物物证难以提取得到,门把手、 2015年第40卷第2期 徐韩飞等:QIAcubed,型工作站在生物接触类检材提取中的应用研究 ・121‘ 在载体上的遗留时间等因素可以导致遗留的DNA量 差异H】。这类生物接触性检材占实验室日常检材的 柱和QIAamp。试剂盒相结合实现了生物接触类检材 高效、快捷的自动化DNA提取。平均检出率达到 44.4%,其中QIAcube工作站提取的脱落细胞粘取膜 检出率达到56.7%,与文献报道的微量检材提取成 功率相近[2 ]。QIAcube系统具有以下几个优势:(1) 取材量少,本研究中,每个检材均一式三份,如脱 50%以上,但由于其本身DNA浓度低,存在易降解、 易污染等问题,往往以未检见DNA分型谱带告终。 针对生物接触类检材,传统chelex100法或磁珠 法提取为基础的检验方法DNA检出率往往偏低。而 硅珠颗粒细、混悬液相对稳定,可以在高浓度的硫氰 落细胞粘取膜为载体的样本,只剪取1/3量的膜表面, 酸胍条件下单位体积内有更大的表面积与DNA分子 结合,检验效率较chelex 1 00和磁珠等颗粒介质高 】。 但硅珠颗粒在TE、水等胍盐以外的离子缓冲条件下, 即使高速离心,硅珠颗粒仍容易飘浮,若进入扩增系 统会降低DNA扩增效率。另外,硅珠颗粒不溶于胍 有效解决传统生物接触类检材由于DNA含量低导致 样本无法复核的窘境;(2)DNA质量高,MinElute 柱以硅胶膜为基础,在单位体积有相对较大的表面积 与DNA分子结合,效率高,得到高纯度DNA;(3) 提取效率高,对样本进行56%孵育裂解1h后,在75 盐缓冲液,离心后不易形成混悬液,提取过程消耗体 力,在日常检案中无法规模化,仅限于小范围使用。 以上特性使得传统硅珠法与工作站很难有机相结合, 不易形成自动化或半自动化。QIAcube工作站最大的 min内自动化完成一轮提取实验,一次性提取样本最 多可以达到12个;(4)洗脱体积在20~lOOp.L之间, 选择范围大,对于DNA含量甚微的生物接触类检材 可以采用201.tL洗脱微体积,提高相对检测浓度;(5) 优势是,其QIAamp MinElute 柱以硅胶膜为基础, 利用QIAamp试剂实现半自动化。在变性条件下用蛋 实现自动化,微量检材与常规生物检材可在同一平台 进行DNA提取;(6)全封闭式提取仓,避免微量检 材相互之间交叉污染;(7)与EZ1工作站相比,通 量增加一倍,耗材成本相对低廉。而QIAcube工作 站的缺点则有以下两点:(1)上机前需要孵育、摆管、 白酶K裂解细胞并将DNA释放,使DNA在硫氰酸 胍缓冲液中结合到MinElute柱硅胶膜上,用洗涤液 洗去残留杂质,最后将DNA从MinElute柱硅胶膜上 洗脱得到高纯度、浓缩的DNA。提取阶段彻底摆脱 硅珠颗粒,DNA扩增可以实现机械化加样,减少人 转管和配制缓冲液等,相当耗力;(2)去掉上机前准 备工作,整个程序运行时间为75min,与EZ1工作 站的17min相比,时间上无优势。 为操作失误,提高实验室信息化。 本研究利用QIAcube工作站及QIAamp MinElute 参考文献 [1]杨电,刘超,徐曲毅,等.人体接触检材前处理方式对 磁珠法提取DNA效果的影响[J].法医学杂志,201 l, 26(5):393—396. 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