引言

分子生物学是生物科学领域重要的分支学科，主要是研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能、并且在生物的分子水平上解释了蛋白质以及蛋白质与核酸之间的作用机制及其基因表达调控原理，如今已融入了信息科学、物理、化学等多种科学研究中；从宏观定义上来说，分子生物学还包括了对生物生命现象及生物规律原理的解释。
法医物证DNA鉴定作为如今法医鉴定工作中重要的鉴定项目之一，包含：二联体鉴定、三联体鉴定、全同胞关系鉴定、个体识别等鉴定项目，法医物证实验当中涉及的样本DNA提取，PCR扩增，基因电泳分析技术都与分子生物学技术密切相关，值得深入探讨。

1 分子生物学

1.1 分子生物学发展简史

1847年，Schleiden和Schwann提出细胞学说，证明了动植物都是由细胞组成的，推动和开启了一系列的生物学在分子水平上的研究与发展，分子生物学在早期比较重要和广为人们熟知的发现有：Mendel提出遗传学两大定律——分离定律以及自由组合定律，Morgan在Mendel遗传学基础上提出的基因学说，后来的肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验等证明了遗传物质主要是DNA，Watson(美)和Crick(英)成功解析了DNA分子二级结构，提出DNA为反向双螺旋的模型机构，以及比较重要的中心法则——主要内容为DNA的自我复制、DNA转录为RNA、RNA翻译为蛋白质，以及后来的科学研究发现RNA的自我复制和逆转录合成DNA的过程作为补充，表明了遗传信息的传递方向，解释了DNA、RNA和蛋白质之间的相互关系。分子生物学作为生物科学的一门基础理论分支学科，带动着生物科学的发展，内容涵盖了生物化学与遗传学、微生物学、细胞学、生物物理学等等，是一门涉及生物科学内容较广、且综合了理论与实用的学科。

1.2 分子生物学现状

目前，人们对生物大分子——细胞的组成上已经有了比较深刻的认识，但分子生物学还在不断迅速发展中。分子生物学的研究重点涉及了这几个领域：一是DNA重组的技术，将所需的DNA片段按特定需求顺序拼接并成功表达；二是研究基因的表达与调控，重点是研究信号传导、转录因子研究和RNA剪辑三个板块；三是对生物大分子的组织结构功能性进行研究；四是在基因组、功能基因组与生物信息学研究，在测定基因组序列的基础上，借助电脑等设备对数据进行收集、整理，从中发现新的规律，在基因水平以及整体的系统水平上全方位的分析基因的特定作用，生物学研究也就从对单个蛋白质的研究转变为面向多个基因或蛋白质同步进行全面系统的研究。分子生物学作为一门现代生物学科还在不断的发展，相关仪器设备和相应的技术也在不断更新换代，进入且改善着我们的生活。

2 DNA鉴定技术与法医物证

2.1 DNA鉴定技术起源

在近代生物大分子被发现以前，人们遇到个体识别、亲权鉴定等需要时，只能依靠一些表面证据来推断，或是通过滴血认亲等古老的办法来验证，这往往会给案件的侦破带来难度，甚至造成冤案错案的发生，且由于科学发展水平的限制，无法对一些理论做出解释。20世纪初，丹麦的遗传学家W.Johannsen最先提出并使用了基因一词，其概念与Mendel提出的“遗传因子”基本相同,后来Avery等通过实验证明了基因的本质是DNA，以及DNA双螺旋结构的提出，都为人们研究DNA结构以及将相关的技术应用到生活中提供了基础。随着分子生物学的发展，细胞、基因等概念被人们所发现，人们开始根据细胞血型中抗原抗体的特性来判断随机个体间的关系，但受限于检验水平等客观条件，血型检验还是存在一定的误判风险，如：假阳性、假阴性，排除率不高等。而后分子遗传学的发展，人们通过分子生物学手段发现了基因遗传的高特异性特点，DNA相关知识与鉴定技术的联合应用大大降低了误判率，达到了对于鉴定结果基本确定的程度，如今由此开创出法医物证学。

2.2 人类DNA鉴定的应用

法医物证学是一门以DNA鉴定技术为基础，解决个体识别和亲子鉴定等问题的学科。美国国会于1994年通过了《DNA鉴定法》，表明DNA鉴定技术开始被较成熟的使用，且被广泛应用到司法领域。DNA技术发展至今，主要有DNA短串联重复序列(short tandem repeat，STR)分型技术、单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）分型技术、minSTR技术线粒体DNA遗传标记技术等。而其中最具代表性且日常鉴定使用最为广泛的技术是DNA STR分型技术，该技术的主要优点是遗传多态性高、种属特异性强、检验灵敏度高、可复合检验以及进行自动化的分析等，是现在国内外法医DNA鉴定使用最为广泛的遗传标记。常染色体STR分析符合二倍体遗传标记及孟德尔遗传规律的特征，是进行法医物证学中进行个体识别和亲权鉴定的常规分析方法。该项技术的原理，是采用STR作为遗传标记,以高分辨率的凝胶电泳分离获得相应的基因片段，以此来做基因型的分析,包括样本基因的提取、DNA扩增、电泳进样、基因型分析这几个主要步骤。现在商品化的扩增荧光检测试剂盒可直接对滤纸或者FTA血卡进行扩增，无需提取和纯化。在法医物证鉴定中，常用的扩增荧光检测试剂盒需满足以下条件：选用的常染色体基因座满足经过实施种属特异性、灵敏性、稳定性研究，遗传方式符合孟德尔遗传定律，已有可供使用的并公开发表的群体遗传数据，且这些基因座的各个位点应具有对应的基因频率，并考虑基因突变时的突变概率等；此外，在常染色体实验无法满足鉴定结果判定时，还需要额外进行X-STR、Y-STR或线粒体DNA的检验进行辅助实验，同时要求检测系统的排除率不小于0.9999。

分子生物学的发展给DNA鉴定行业发展提供了基础，提高了鉴定的准确率，同时还提高了法医物证鉴定的效率，效率的提升除了体现在上述部分试剂盒可免去提取纯化过程外，还体现在可同时检测的基因座数目，同时扩增的样本数量，以及遗传分析仪电泳可同时进样的数量上，现在法医物证鉴定中一些常用的常染色体扩增荧光检测试剂盒，包含了20个STR基因座和1个性别位点，如Microreader^TM 21 Direct ID System荧光检测试剂盒（苏州阅微基因技术有限公司）、21Plex荧光检测试剂盒（江苏苏博生物医学科技有限公司）等，21个基因座的位点在一个PCR管内进行扩增，既提高了准确率又提高了效率，以日常鉴定中常用的AB 9700型PCR扩增仪为例，同时可进行96个样本的扩增，遗传分析仪以常用的AB 3130xl为例，采用毛细管电泳技术，同时进行16个样本通道的电泳。这些都是分子生物学的发展，提高人们的认知水平带来的变化，开创了DNA鉴定技术且还在不断优化，相关设备也越来越先进，继续提高着检验效率与准确率。

3 DNA鉴定技术展望

分子生物学的发展给人们带来了新的认知，新的技术，涉及细胞动物学，分子遗传学、神经生物学等多门学科。以DNA鉴定技术来说，现在日常使用的DNA鉴定方式已能基本满足亲权鉴定、两随机个体识别对准确率的需求，但技术的发展其实已经领先于如今日常工作所用到的DNA检测水平。美国AB公司近几年推出了新型STR试剂盒,突破性使用六色荧光,而目前日常鉴定用为五色荧光；将PCR 扩增时间缩短至30多分钟，而目前日常鉴定中扩增过程一般需要两个小时左右，包括变性、复性、终延伸几个步骤，循环次数一般设置在25-30之间。近些年来热门的研究方向中就有专门针对STR试剂盒的研发, 沈红樱等于2014年研制的23个基因座试剂盒,整合了国外一些较大基因试剂盒公司的基因座,具有较高的科研和实用价值。其他的鉴定技术如SNP分型技术，虽然和日常使用的STR分型技术相比，该技术可以克服因为PCR抑制或降解比较严重等情况给待检样本的检验造成的困难,而且相比之下突变率也降至更低, 且在全基因组水平上有更多的候选位点，基于高通量测序的SNP分型技术具有更高的灵敏度和特异性，更适合混合样本，比如孕妇血浆。但该方法仍需通过大量样本的测试，评估其系统稳定性和准确率，而且需要借助相对复杂的设备，提高检验及鉴定的成本，与如今一般的法医物证实验室设备不相融，因此在一定程度上限制了SNP分型技术的推广和标准化，但是相信伴随着分子生物学的进一步发展，社会相应的经济水平提高，DNA鉴定各项技术的成本、效率问题会随之改善，新兴技术或许会在不久的将来逐渐融入到日常检验中去。

基因测序技术从上世纪七十年代发展至今已经有40多年，共分为三代测序技术，第一代测序技术是TSIATIS A C提出的双脱氧链末端终止法，第一代测序技术的优势是操作门槛相对较低，可读取的长度大，在准确率上接近100%等，而这代测序技术的缺点则体现在检测通量小、使用该技术的成本不低以及检测速度较慢等；第二代测序技术(next-generation sequencing, NGS)大多数基于边合成边测序技术，具有通量高、灵敏度高、自动化程度高等特点，目前法医物证DNA鉴定技术主要就是应用的这一代技术；第三代测序又称单分子测序技术，在测序数据量和准确度上与第二代测序技术相比没有太显著的提高，但有着高度的读取量(10kb-15kb)和运行时耗等优势，能作为第二代测序技术的补充，在临床中常常用于病毒基因组检测分析。分子生物学的发展除了为DNA亲权鉴定、个体识别、产前无创筛查等方面提供理论和技术上的支撑，在医疗诊治中也起着重要作用，如分子靶向治疗技术，肿瘤诊疗，指导个体化用药的药物基因组分析，进行血液肿瘤遗传病基因突变筛查等；另外，2019-nCoV病毒的首次发现便是基于宏基因组高通量二代测序技术所实现，以及通过高通量测序手段来分析。对病毒全长基因组进行测序，可以帮助人们对病毒特点进行分析，以此制定出控制病毒传播的手段，以及在提高核酸检测效率，例如在研制疫苗等方面提供了巨大作用，相信未来的DNA鉴定技术会在分子生物学不断发展的背景下，变得更加高效、专业、精确。

4 结语

分子生物学的发展不仅影响了基因组学、蛋白质组学，分子遗传学、法医物证学等学科的发展，也影响着物理、化学、医疗诊治、信息科学等方面，21世纪的生物学是真正的系统生物学，分子生物学的全面渗透将推动分子遗传学、法医物证学等学科的不断进步，继续提高DNA鉴定技术的水平；越来越多的遗传疾病可通过无创筛查等检验手段得到止损，或是通过肿瘤诊疗等手段治愈疾病；许多经典遗传学无法解释的问题和无法破译的奥秘也会被相继攻克；而现代分子生物学相关技术在冠状肺炎中的应用也使其得到良好的控制，相信在未来，分子生物学将在各个领域继续发挥其不可替代的作用。

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