本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
奥萨马·本·拉登已死。至少，我们被告知是这样，而且我倾向于相信这种说法。
但他们是如何知道是他本人的呢？嗯，他们有视觉证据和尸体，这是一方面。但为了确定这不是一个替身，美国政府采取了更进一步的措施，以确保他们抓到的是他们认为的人：DNA分析。
现在，我不完全确定已经完成了哪些DNA分析，但我可以肯定地说——无论他们使用什么方法，只要有一个准备就绪且完全专注于此的实验室，都可以在几个小时内完成。使用常见的PCR方法——顺便说一句，这是我每天在实验室中使用的方法——鉴定本·拉登的速度可能比你想象的要快。 嘿，我可以在24小时内从鱼身上提取DNA并将其转化为序列或基因型，所以我认为美国政府在时间紧迫时可以比我工作得更快。 请允许我解释他们是如何如此迅速地做到这一点的。
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步骤1：提取DNA
如果他们得到了他的尸体，那么他们就拥有了足够的DNA来进行十亿或二十亿次的基因测试。 进行基因测试只需要极少量的DNA——大约是单个细胞的量级。 因此，即使只有1平方毫米大小的一块肉体，也能提供比他们甚至需要的更多的DNA。 提取DNA所需的时间非常少。 你所需要做的就是将细胞/组织放入某种溶液中，这种溶液会破坏细胞膜，从而将DNA从细胞核中释放出来，而不会对DNA造成太大的损害。 有数百种提取试剂盒和方案。 我不知道政府的提取政策是什么，但阿肯色州犯罪实验室只是使用氢氧化钠和盐酸从他们的样本中提取DNA（顺便说一句，这也是我从我的鱼样本中获取DNA的方法）。 例如，这是他们针对口腔拭子（又名脸颊组织）的方案
1. 在每个孔中放入52 μl 0.01 M NAOH，其中包含2.0 mm的组织。
2. 将样品在65°C下孵育10分钟。
3. 加入10 μl 0.1 M Tris HCl (pH 7.3)。
4. 混合。
5. 静置5分钟。
6. 样品现在可以进行扩增
步骤2：扩增识别DNA序列
一旦你有了DNA，你就可以识别你的嫌疑人了。 虽然过去曾使用过几种方法，但聚合酶链式反应或PCR技术的出现，使得查看基因组的某些部分变得非常快捷和容易。
PCR的名称，聚合酶，是一种非常特殊的酶，细胞利用它来复制DNA。 聚合酶存在于所有生物中，因为我们所有生物在某些时候都必须进行细胞分裂才能生长和繁殖。 当我们的细胞分裂时，我们必须制作我们基因组的两个副本——每个新细胞一个副本。 为了做到这一点，我们的细胞解开DNA，将两条匹配的链分开，然后将每条链用作模板来制作两条新的链。 聚合酶是实际执行此操作的酶——它们附着在DNA单链上，并抓住匹配的核苷酸来创建链的另一半。
PCR是在1980年代发明的，它利用了我们的DNA对温度的反应方式。 在较低的温度下，例如在我们的体内，DNA会粘附在其互补的一半上，并形成紧密的螺旋结构。 但是，当你升高温度时，我们的DNA会变性——也就是说，它会解开，螺旋的每一半都会分离。 我们不能使用我们自己的细胞聚合酶进行PCR，因为它们无法承受那种高温。 相反，我们从一种特别耐热的细菌中借用了一种酶来为我们完成这项工作。
PCR使用多次加热和冷却循环来创建单个DNA片段的数千到数百万个副本。 但是我们如何只复制我们想要的东西呢？ 嗯，事实证明聚合酶需要一点帮助才能启动。 它们需要一小段RNA序列来告诉它们在哪里附着，这被称为引物。 因为我们可以设计此引物以匹配基因组中的任何独特序列，所以我们可以定位聚合酶将附着的位置，瞧。 你刚刚选择了你的小段基因组进行一遍又一遍的扩增。 整个过程不需要花费很长时间 - 你将其加热一段时间，使其经历一组温度循环，然后你就可以开始了。 例如，阿肯色州的方案大约需要两个半小时。
在DNA指纹识别的情况下，使用一组非常特殊的基因组区域，称为短串联重复序列（或STRs）。 这些是非编码区段，在人与人之间差异很大。 为了确定身份，在人与人之间比较了13个独立的区域，称为位点。 两个非双胞胎的人在所有13个不同位点上完全相同的几率约为五百七十五万亿分之一。
PCR最好的部分是你可以将东西附着到那些引物上，使新的DNA非常容易找到。 例如，阿肯色州使用的AmpFlSTR® Identifiler™ PCR扩增试剂盒具有15个不同STR位点的引物，所有引物都标记有荧光染料。 这意味着一旦你完成了PCR，你就离完整的基因身份识别只有一步之遥了。
步骤3：基因分型
一旦你扩增了你的DNA，你需要找出它的样子。 在STR的情况下，你正在寻找每个DNA片段中有多少重复序列。 换句话说，你正在查看它们有多长。 因为它们都用荧光染料标记，所以序列本身并不重要，重要的是大小。 有些人只是在凝胶上运行它，这就是我们在经典电视指纹识别中看到的样子
但是现在，越来越多的实验室正在借助自动化机器转向基因分型分析。 确定荧光标记的DNA序列大小是专门机器的工作，例如ABI 3130xl基因分析仪。 它可以采集DNA样本，并告诉你你在什么颜色中，在什么大小下有多少DNA。 输出结果看起来像这样
峰的模式是这个人的“DNA指纹”。 你所要做的就是将它们与你的目标人物的峰对齐，要么匹配，要么不匹配。
总时间：1小时，甚至更少。
那么，获得本·拉登的指纹花了多长时间？ 嗯，按照这里的三个步骤，只需不到5个小时。 据我所知，联邦调查局可能有更快的方法——我不会感到惊讶。 还有一些报道说他实际上在上周某个时候就去世了，他们一直在等待DNA确认——老实说，这也不会让我感到震惊。
当然，要以这种方式识别本·拉登，他们必须有一些本·拉登的DNA样本可以用来比较。 我不知道他们是否从内部来源获得了一些，或者没有。 他们确实拥有本·拉登姐姐的脑组织，她死在美国。 他们可以将他的基因特征与她进行比较，并确定他们是否有关联——这尽可能接近于保证是本·拉登，而无需在他去世前获得他的实际DNA样本。
关于作者：克里斯蒂·威尔科克斯是一位科学作家，同时也是夏威夷大学马诺阿分校细胞与分子生物学专业的博士生。 在她的博客Observations of a Nerd或Facebook或Twitter上关注克里斯蒂。
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