以下文章经 The Conversation 许可转载， The Conversation 是一个报道最新研究的在线出版物。
火灾摧毁了社区和家庭，并使 遇难者身份识别变得困难。在席卷夏威夷拉海纳的野火之后，官员正在收集失踪人员亲属的 DNA 样本，希望这能帮助识别在火灾中丧生的人。
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但是，在如此极端的条件下，DNA 能保存多久？从火灾受害者身上提取 DNA 的最佳方法是什么？
我是一位 人类学遗传学家，研究考古和法医学背景下退化的 DNA。我的研究小组 应用古代 DNA 和法医分析方法来优化从烧焦的骨骼中提取 DNA。从严重烧伤的遗骸中提取 DNA 以识别受害者是一项特殊的挑战。
法医 DNA 分析
在典型的法医调查中，DNA 是从样本中提取的——无论是从灾难或犯罪现场采集的一些血液、组织碎片还是骨骼。这个过程以化学方式将 DNA 与样本内细胞的其他成分（如蛋白质）分离，并对其进行纯化。
这种 DNA 用作 聚合酶链式反应或 PCR 分析 的模板，这种方法本质上是分子生物学的施乐复印机。即使样本中只存在少量细胞，PCR 也可以将这些 DNA 分子扩增成数千或数百万个副本。这为后续测试创造了足够的 DNA 量。
在法医学中，PCR 中靶向的特定 DNA 通常是一组高度重复的标记，称为 微卫星或短串联重复序列。世界各地的执法机构使用这些标记的特定组合进行身份识别。在美国，法医分析师以 20 个此类 DNA 重复序列为目标。每个人在每个标记处都有两个独特的等位基因或遗传变异，这些等位基因被上传到 FBI 的 联合 DNA 索引系统数据库 中以识别匹配项。
从 失踪人员亲属 处采集的 DNA 可能会针对短串联重复序列标记进行分析，并且其等位基因谱将上传到数据库中失踪人员亲属索引中。预期受害者及其生物亲属会共享这些标记的等位基因的百分比。例如，父母和子女共享 50% 的等位基因，因为孩子从每位父母那里继承了一半的 DNA。
退化 DNA 的挑战
在法医环境中，死亡和 DNA 采样之间的时间通常足够短，以至于 DNA 通常仍处于相当好的状态，无论是在数量还是质量方面。然而，在灾难发生后，DNA 往往不会在理想条件下被发现。
时间和自然环境会 造成损害。死后，分解过程会释放酶，这些酶可以切割或损坏 DNA，并且随着时间的推移，根据尸体被发现的环境，会发生额外的损坏。DNA 在温暖、潮湿、酸性的环境中降解得更快，而在更冷、更干燥、pH 值更中性或略微碱性的环境中降解得更慢。
此外，DNA 保存可能在回收的组织、骨骼和牙齿之间差异很大。例如，研究人员发现，在 2001 年 世界贸易中心袭击事件 的遇难者 DNA 识别中，与头部和躯干的骨骼相比，使用脚和腿的骨骼最成功。
DNA 损伤可能采取不同的形式。DNA 中的切口和断裂使其难以分析。DNA 的化学修饰会导致原始序列发生变化或变得无法读取。这包括对 DNA 构建块（称为核苷酸）的更改，这些构建块构成可识别的序列。例如，暴露于水会导致一种 称为脱氨 的化学反应，该反应会改变核苷酸胞嘧啶，使其在分析时看起来像是核苷酸胸腺嘧啶。暴露于其他化学物质或紫外线可能会 引起交联，这实际上是将 DNA 打成结。因此，用于复制或读取 DNA 序列的 PCR 酶无法沿 DNA 链线性移动。
应用考古学方法
研究人员在分析数千年前的古代遗骸的 DNA 时，在处理退化的遗传物质时也遇到了类似的问题。为了应对这些挑战，像我这样的法医遗传学家和古代 DNA 研究人员采用了一些技巧来 优化 DNA 检索。
首先，我们倾向于以致密的骨骼或牙齿为目标进行采样，因为它们更能抵抗环境的影响。我们还使用 DNA 提取方法来增强短 DNA 片段的回收率。
其次，我们使用 PCR 来扩增更短的遗传标记，包括迷你短串联重复序列或 线粒体基因组 的片段。线粒体是每个细胞内产生能量的结构，每个线粒体都有自己的 DNA。线粒体 DNA 从母亲传给孩子，并且可以在每个线粒体中发现数百个副本，这使得它更容易回收和分析。然而，线粒体 DNA 可能无法提供足够的信息 用于识别，因为具有母系血缘关系的人（即使是非常遥远的血缘关系）也将共享相同的序列。
研究人员还在测试古代 DNA 领域中常见的用于法医目的的较新 DNA 分析方法。例如，特殊酶 可以去除化学修饰的核苷酸，例如脱氨的胞嘧啶，以防止 DNA 序列的误读。研究人员还可以使用 DNA 诱饵来“钓取”特定序列。这种 靶向富集 方法可以回收非常小的片段，这些片段可用于拼接完整的基因序列。
烧伤遗骸的 DNA 分析
对于 火灾受害者，特别是那些被困在强烈、持久的火灾中的受害者，DNA 可能会高度碎片化，从而使分析变得困难。高温会导致分子（包括核苷酸）之间的键断裂。这会导致 DNA 的碎片化并最终破坏。
由于硬组织（骨骼和牙齿）通常是火灾后唯一剩下的东西，法医研究人员研究了骨骼特征（如颜色和成分）如何 随温度变化。我的研究团队使用这些信息对人体骨骼样本所经受的燃烧程度进行分类。
在调查这些样本中的 DNA 保存情况时，我们发现当骨骼达到华氏 662 度（摄氏 350 度）到华氏 1,022 度（摄氏 550 度）之间的温度时，存在一个明显的 DNA 降解点。为了进行比较，商业火化 的温度为华氏 1,400 至 1,600 度（摄氏 760 至 871 度），持续 30 至 120 分钟，而 车辆火灾 的温度通常达到华氏 1,652 度（摄氏 900 度），但持续时间可能较短。
我们的团队还发现，无论使用法医方法还是古代 DNA 方法，生成高质量的短串联重复序列数据或线粒体 DNA 序列数据的可能性在温度 高于华氏 1,022 度 （摄氏 550 度）时会显着降低。
总而言之，随着温度和暴露时间的增加，剩余 DNA 的量会减少。这会导致只有部分 DNA 谱，这可能会限制分析师以较高的统计确定性将受害者与亲属进行匹配的能力，或者完全阻止结果的产生。
DNA 证据不是用于身份识别的唯一方法。调查人员 将 DNA 与其他证据（如牙科、骨骼和背景信息）结合使用，以最终确定受害者的身份。总之，这些信息有望帮助为家庭和朋友带来慰藉。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。