以下文章經 The Conversation 許可轉載， The Conversation 是一個報道最新研究的線上出版物。
火災摧毀了社群和家庭，並使 遇難者身份識別變得困難。在席捲夏威夷拉海納的野火之後，官員正在收集失蹤人員親屬的 DNA 樣本，希望這能幫助識別在火災中喪生的人。
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但是，在如此極端的條件下，DNA 能儲存多久？從火災受害者身上提取 DNA 的最佳方法是什麼？
我是一位 人類學遺傳學家，研究考古和法醫學背景下退化的 DNA。我的研究小組 應用古代 DNA 和法醫分析方法來最佳化從燒焦的骨骼中提取 DNA。從嚴重燒傷的遺骸中提取 DNA 以識別受害者是一項特殊的挑戰。
法醫 DNA 分析
在典型的法醫調查中，DNA 是從樣本中提取的——無論是從災難或犯罪現場採集的一些血液、組織碎片還是骨骼。這個過程以化學方式將 DNA 與樣本內細胞的其他成分（如蛋白質）分離，並對其進行純化。
這種 DNA 用作 聚合酶鏈式反應或 PCR 分析 的模板，這種方法本質上是分子生物學的施樂影印機。即使樣本中只存在少量細胞，PCR 也可以將這些 DNA 分子擴增成數千或數百萬個副本。這為後續測試創造了足夠的 DNA 量。
在法醫學中，PCR 中靶向的特定 DNA 通常是一組高度重複的標記，稱為 微衛星或短串聯重複序列。世界各地的執法機構使用這些標記的特定組合進行身份識別。在美國，法醫分析師以 20 個此類 DNA 重複序列為目標。每個人在每個標記處都有兩個獨特的等位基因或遺傳變異，這些等位基因被上傳到 FBI 的 聯合 DNA 索引系統資料庫 中以識別匹配項。
從 失蹤人員親屬 處採集的 DNA 可能會針對短串聯重複序列標記進行分析，並且其等位基因譜將上傳到資料庫中失蹤人員親屬索引中。預期受害者及其生物親屬會共享這些標記的等位基因的百分比。例如，父母和子女共享 50% 的等位基因，因為孩子從每位父母那裡繼承了一半的 DNA。
退化 DNA 的挑戰
在法醫環境中，死亡和 DNA 取樣之間的時間通常足夠短，以至於 DNA 通常仍處於相當好的狀態，無論是在數量還是質量方面。然而，在災難發生後，DNA 往往不會在理想條件下被發現。
時間和自然環境會 造成損害。死後，分解過程會釋放酶，這些酶可以切割或損壞 DNA，並且隨著時間的推移，根據屍體被發現的環境，會發生額外的損壞。DNA 在溫暖、潮溼、酸性的環境中降解得更快，而在更冷、更乾燥、pH 值更中性或略微鹼性的環境中降解得更慢。
此外，DNA 儲存可能在回收的組織、骨骼和牙齒之間差異很大。例如，研究人員發現，在 2001 年 世界貿易中心襲擊事件 的遇難者 DNA 識別中，與頭部和軀幹的骨骼相比，使用腳和腿的骨骼最成功。
DNA 損傷可能採取不同的形式。DNA 中的切口和斷裂使其難以分析。DNA 的化學修飾會導致原始序列發生變化或變得無法讀取。這包括對 DNA 構建塊（稱為核苷酸）的更改，這些構建塊構成可識別的序列。例如，暴露於水會導致一種 稱為脫氨 的化學反應，該反應會改變核苷酸胞嘧啶，使其在分析時看起來像是核苷酸胸腺嘧啶。暴露於其他化學物質或紫外線可能會 引起交聯，這實際上是將 DNA 打成結。因此，用於複製或讀取 DNA 序列的 PCR 酶無法沿 DNA 鏈線性移動。
應用考古學方法
研究人員在分析數千年前的古代遺骸的 DNA 時，在處理退化的遺傳物質時也遇到了類似的問題。為了應對這些挑戰，像我這樣的法醫遺傳學家和古代 DNA 研究人員採用了一些技巧來 最佳化 DNA 檢索。
首先，我們傾向於以致密的骨骼或牙齒為目標進行取樣，因為它們更能抵抗環境的影響。我們還使用 DNA 提取方法來增強短 DNA 片段的回收率。
其次，我們使用 PCR 來擴增更短的遺傳標記，包括迷你短串聯重複序列或 線粒體基因組 的片段。線粒體是每個細胞內產生能量的結構，每個線粒體都有自己的 DNA。線粒體 DNA 從母親傳給孩子，並且可以在每個線粒體中發現數百個副本，這使得它更容易回收和分析。然而，線粒體 DNA 可能無法提供足夠的資訊 用於識別，因為具有母系血緣關係的人（即使是非常遙遠的血緣關係）也將共享相同的序列。
研究人員還在測試古代 DNA 領域中常見的用於法醫目的的較新 DNA 分析方法。例如，特殊酶 可以去除化學修飾的核苷酸，例如脫氨的胞嘧啶，以防止 DNA 序列的誤讀。研究人員還可以使用 DNA 誘餌來“釣取”特定序列。這種 靶向富集 方法可以回收非常小的片段，這些片段可用於拼接完整的基因序列。
燒傷遺骸的 DNA 分析
對於 火災受害者，特別是那些被困在強烈、持久的火災中的受害者，DNA 可能會高度碎片化，從而使分析變得困難。高溫會導致分子（包括核苷酸）之間的鍵斷裂。這會導致 DNA 的碎片化並最終破壞。
由於硬組織（骨骼和牙齒）通常是火災後唯一剩下的東西，法醫研究人員研究了骨骼特徵（如顏色和成分）如何 隨溫度變化。我的研究團隊使用這些資訊對人體骨骼樣本所經受的燃燒程度進行分類。
在調查這些樣本中的 DNA 儲存情況時，我們發現當骨骼達到華氏 662 度（攝氏 350 度）到華氏 1,022 度（攝氏 550 度）之間的溫度時，存在一個明顯的 DNA 降解點。為了進行比較，商業火化 的溫度為華氏 1,400 至 1,600 度（攝氏 760 至 871 度），持續 30 至 120 分鐘，而 車輛火災 的溫度通常達到華氏 1,652 度（攝氏 900 度），但持續時間可能較短。
我們的團隊還發現，無論使用法醫方法還是古代 DNA 方法，生成高質量的短串聯重複序列資料或線粒體 DNA 序列資料的可能性在溫度 高於華氏 1,022 度 （攝氏 550 度）時會顯著降低。
總而言之，隨著溫度和暴露時間的增加，剩餘 DNA 的量會減少。這會導致只有部分 DNA 譜，這可能會限制分析師以較高的統計確定性將受害者與親屬進行匹配的能力，或者完全阻止結果的產生。
DNA 證據不是用於身份識別的唯一方法。調查人員 將 DNA 與其他證據（如牙科、骨骼和背景資訊）結合使用，以最終確定受害者的身份。總之，這些資訊有望幫助為家庭和朋友帶來慰藉。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。