法医DNA定量方法

二、法医DNA定量方法

(一)紫外吸收法

组成DNA的碱基均具有一定的吸收紫外线特性,最大吸收值在波长为250mm~270mm,其吸收强度与核酸浓度成正比。由于结构上的差异,各组分紫外吸收也有区别,其中腺嘌呤的最大紫外线吸收值在260.5nm,胞嘧啶为267nm,鸟嘌呤为276nm,胸腺嘧啶为264.5m,尿嘧啶为259mm。这些碱基与戊糖、磷酸形成核苷酸后其最大吸收峰不会改变,但核酸的最大吸收波长是260m,吸收低谷在230nm。这个物理特性为测定核酸浓度提供了基础。核酸分子的单链、双链之间的转换,对光吸收水平有一定影响,但其偏差可用特定的公式进行校正。在波长260nm紫外线下,100D值的光密度相当于双链DNA浓度为50μg/ml:单链DNA或RNA为40ug/ml;单链寡聚核苷酸为20g/ml。可以此来计算核酸样品的浓度。

紫外吸收法不但能够确定核酸的浓度,还可以通过测定在260nm和280nm的紫外吸收值的比值(A260/A280)估计核酸的纯度。DNA的比值为1.8,RNA的比值为2.0。若DNA比值高于1.8,说明RNA尚未除尽。RNA、DNA溶液中含有酚和蛋白质将导致比值降低。270m存在高吸收表明有酚的干扰。当然也会出现既含蛋白质又含RNA的DNA溶液比值为1.8的情况,所以有必要结合凝胶电泳等方法鉴定有无RNA,或用测定蛋白质的方法检测是否存在蛋白质。紫外分光光度法只用于测定浓度大于0.25ug/ml的核酸溶液。此法多用于分子生物学实验室,在法医学领域较少采用,主要缺点是难以对微量DNA精确定量,不具有人类特异性,且样本中所含的其他化学物质,如衣服上的染料、骨骼样本中的腐植酸等,具有干扰作用。

(二)琼脂糖凝胶电泳结合溴乙锭荧光测定法

有些小分子与DNA结合后,会使原本荧光很弱的核酸分子荧光强度增强很多,而有些小分子与DNA结合后,会发生显著的荧光淬灭作用。溴乙锭(ethidium bromide,EB)能插入DNA或RNA的城基对平面之间并与之结合,结合后能在紫外光的激发下产生橘红色荧光,并使发射的荧光增强几十倍。荧光强度与被结合的EB的量成正比,而被结合的EB的量又与核酸分子长度和数量成正比,所以荧光强度可以初步代表DNA含量。将提取的DNA液与一系列已知浓度的DNA样品液在同一琼脂糖凝胶上加样电泳,然后用溴乙锭染色。观察并比较标准含量样本DNA荧光强度,就可以估计出待测样品的DNA浓度。DNA用量只需要5mg~10mg。该法为一种主观性的半定量方法,灵敏度较低,无人类特异性。同时因缺乏适宜的参考标准,故对降解DNA难以定量。此外,须注意的是EB是一种强诱变剂,并有中度毒性,可用 SYBRR Green或4,6二氨基-2.苯基哚(4,6- diamidino-2 phenylindoleDAPD)替代。

(三)荧光实时定量PCB

法医DNA定量本质的目的是估计可扩增DNA的量。PCR扩增反应可能由于抑制物的存在DNA高度降解,DNA量不够或者几方面的综合原因导致反应失败。所以,一种能准确反映样本中DNA质和量的试验方法对于下一步的检验是非常有益的。实时定量PCR就是这样一种方法,实时定量PCR(real-time C-PCR)是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法,在 real-time C-PCR中对整个PCR反应扩增过程进行实时监测并连续分析荧光信号,随着反应时间的进行,监测到的荧光信号的变化可以绘制成一条曲线。PCR反应早期,产生的荧光不能与背景明显地区别,而后荧光的产生进入指数期、线性期和最终的平台期。因此在PCR反应处于指数期的某一点上来检测PCR产物的量,并且由此来推断模板最初的含量。real- time C-PCR需设定一定荧光信号的阈值,一般这个阈值(threshold)是以PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号。如果检测到荧光信号超过阈值就认为是真正的信号,它可用于定义样本的阈值循环数(Ct)。Ct值的含义是每个反应管内的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数。每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多,Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,因此只要获得未知样品的C值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。

实时定量PCR的荧光检测原理是利用 Tag DNA聚合酶的5′→3′外切酶活性。在PCR反应系统中加入一个荧光标记的探针,该探针可与引物之间的DNA模板发生特异性杂交,探针的5端标记荧光染料(如FAM或VIC),3′端连上非荧光淬灭基团(nonfluorescent quencher,NFQ)和槽沟结合物(minor groove binder,MGB)。MGB是人工合成的抗肿瘤抗生素CC-1065的一个亚单位的非反应性衍生物,为12-二氢-(3H)-吡咯并[3,2-e]吲哚-7-羧酸盐(CDPI)的三聚体(CDPI3),对富含A-T的DNA双螺旋表面的槽沟具有极高的亲和力,因此可在不增加探针长度的基础上显著提高探针的融链温度(Tm)。当探针保持完整时,5端荧光基团发出的荧光信号被3′端NFQ吸收或抑制(FRE效应),因而检测不到荧光。随着PCR反应有效进行, Taq DNA聚合酶从引物3′端开始,随新链延伸沿DNA模板移动,当移动到探针结合的位置时,与模板完全配对的探针逐步被 Tag DNA聚合酶的5′→3′外切活性切割(切口平移效应),使探针5′端的荧光基团与3′端的淬灭基团分离,FRET效应解除,荧光基团被激活而发荧光。PCR反应每复制一个特异核酸片段,就有一个探针被切断,伴随一个荧光信号的释放,故荧光信号的强弱与初始模板数和扩增循环次数紧密相关。由于被释放的荧光基团数目和PCR产物是一对一的关系,因此可直接在PCR过程中根据荧光信号有无或强弱,确定扩增产物的有无并实时定量。荧光实时定量PCR技术具有极高的灵敏度,可以测定微量的DNA,同时也具有人类特异性。