本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
奧薩馬·本·拉登已死。至少，我們被告知是這樣，而且我傾向於相信這種說法。
但他們是如何知道是他本人的呢？嗯，他們有視覺證據和屍體，這是一方面。但為了確定這不是一個替身，美國政府採取了更進一步的措施，以確保他們抓到的是他們認為的人：DNA分析。
現在，我不完全確定已經完成了哪些DNA分析，但我可以肯定地說——無論他們使用什麼方法，只要有一個準備就緒且完全專注於此的實驗室，都可以在幾個小時內完成。使用常見的PCR方法——順便說一句，這是我每天在實驗室中使用的方法——鑑定本·拉登的速度可能比你想象的要快。 嘿，我可以在24小時內從魚身上提取DNA並將其轉化為序列或基因型，所以我認為美國政府在時間緊迫時可以比我工作得更快。 請允許我解釋他們是如何如此迅速地做到這一點的。
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步驟1：提取DNA
如果他們得到了他的屍體，那麼他們就擁有了足夠的DNA來進行十億或二十億次的基因測試。 進行基因測試只需要極少量的DNA——大約是單個細胞的量級。 因此，即使只有1平方毫米大小的一塊肉體，也能提供比他們甚至需要的更多的DNA。 提取DNA所需的時間非常少。 你所需要做的就是將細胞/組織放入某種溶液中，這種溶液會破壞細胞膜，從而將DNA從細胞核中釋放出來，而不會對DNA造成太大的損害。 有數百種提取試劑盒和方案。 我不知道政府的提取政策是什麼，但阿肯色州犯罪實驗室只是使用氫氧化鈉和鹽酸從他們的樣本中提取DNA（順便說一句，這也是我從我的魚樣本中獲取DNA的方法）。 例如，這是他們針對口腔拭子（又名臉頰組織）的方案
1. 在每個孔中放入52 μl 0.01 M NAOH，其中包含2.0 mm的組織。
2. 將樣品在65°C下孵育10分鐘。
3. 加入10 μl 0.1 M Tris HCl (pH 7.3)。
4. 混合。
5. 靜置5分鐘。
6. 樣品現在可以進行擴增
步驟2：擴增識別DNA序列
一旦你有了DNA，你就可以識別你的嫌疑人了。 雖然過去曾使用過幾種方法，但聚合酶鏈式反應或PCR技術的出現，使得檢視基因組的某些部分變得非常快捷和容易。
PCR的名稱，聚合酶，是一種非常特殊的酶，細胞利用它來複制DNA。 聚合酶存在於所有生物中，因為我們所有生物在某些時候都必須進行細胞分裂才能生長和繁殖。 當我們的細胞分裂時，我們必須製作我們基因組的兩個副本——每個新細胞一個副本。 為了做到這一點，我們的細胞解開DNA，將兩條匹配的鏈分開，然後將每條鏈用作模板來製作兩條新的鏈。 聚合酶是實際執行此操作的酶——它們附著在DNA單鏈上，並抓住匹配的核苷酸來建立鏈的另一半。
PCR是在1980年代發明的，它利用了我們的DNA對溫度的反應方式。 在較低的溫度下，例如在我們的體內，DNA會粘附在其互補的一半上，並形成緊密的螺旋結構。 但是，當你升高溫度時，我們的DNA會變性——也就是說，它會解開，螺旋的每一半都會分離。 我們不能使用我們自己的細胞聚合酶進行PCR，因為它們無法承受那種高溫。 相反，我們從一種特別耐熱的細菌中借用了一種酶來為我們完成這項工作。
PCR使用多次加熱和冷卻迴圈來建立單個DNA片段的數千到數百萬個副本。 但是我們如何只複製我們想要的東西呢？ 嗯，事實證明聚合酶需要一點幫助才能啟動。 它們需要一小段RNA序列來告訴它們在哪裡附著，這被稱為引物。 因為我們可以設計此引物以匹配基因組中的任何獨特序列，所以我們可以定位聚合酶將附著的位置，瞧。 你剛剛選擇了你的小段基因組進行一遍又一遍的擴增。 整個過程不需要花費很長時間 - 你將其加熱一段時間，使其經歷一組溫度迴圈，然後你就可以開始了。 例如，阿肯色州的方案大約需要兩個半小時。
在DNA指紋識別的情況下，使用一組非常特殊的基因組區域，稱為短串聯重複序列（或STRs）。 這些是非編碼區段，在人與人之間差異很大。 為了確定身份，在人與人之間比較了13個獨立的區域，稱為位點。 兩個非雙胞胎的人在所有13個不同位點上完全相同的機率約為五百七十五萬億分之一。
PCR最好的部分是你可以將東西附著到那些引物上，使新的DNA非常容易找到。 例如，阿肯色州使用的AmpFlSTR® Identifiler™ PCR擴增試劑盒具有15個不同STR位點的引物，所有引物都標記有熒光染料。 這意味著一旦你完成了PCR，你就離完整的基因身份識別只有一步之遙了。
步驟3：基因分型
一旦你擴增了你的DNA，你需要找出它的樣子。 在STR的情況下，你正在尋找每個DNA片段中有多少重複序列。 換句話說，你正在檢視它們有多長。 因為它們都用熒光染料標記，所以序列本身並不重要，重要的是大小。 有些人只是在凝膠上執行它，這就是我們在經典電視指紋識別中看到的樣子
但是現在，越來越多的實驗室正在藉助自動化機器轉向基因分型分析。 確定熒游標記的DNA序列大小是專門機器的工作，例如ABI 3130xl基因分析儀。 它可以採集DNA樣本，並告訴你你在什麼顏色中，在什麼大小下有多少DNA。 輸出結果看起來像這樣
峰的模式是這個人的“DNA指紋”。 你所要做的就是將它們與你的目標人物的峰對齊，要麼匹配，要麼不匹配。
總時間：1小時，甚至更少。
那麼，獲得本·拉登的指紋花了多長時間？ 嗯，按照這裡的三個步驟，只需不到5個小時。 據我所知，聯邦調查局可能有更快的方法——我不會感到驚訝。 還有一些報道說他實際上在上週某個時候就去世了，他們一直在等待DNA確認——老實說，這也不會讓我感到震驚。
當然，要以這種方式識別本·拉登，他們必須有一些本·拉登的DNA樣本可以用來比較。 我不知道他們是否從內部來源獲得了一些，或者沒有。 他們確實擁有本·拉登姐姐的腦組織，她死在美國。 他們可以將他的基因特徵與她進行比較，並確定他們是否有關聯——這儘可能接近於保證是本·拉登，而無需在他去世前獲得他的實際DNA樣本。
關於作者：克里斯蒂·威爾科克斯是一位科學作家，同時也是夏威夷大學馬諾阿分校細胞與分子生物學專業的博士生。 在她的部落格Observations of a Nerd或Facebook或Twitter上關注克里斯蒂。
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