兇手只有一個,是頭髮告訴我的?!蛋白質分析新技術未來將有機會協助鎖定嫌犯

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每天新聞中層出不窮的命案一再發生,然而不是每次都能幸運鎖定嫌疑犯,並取得有效的直接證據,現場遺留的蛛絲馬跡都是檢察官與受害家屬還原真相的希望。過往我們最有印象的科學證據可能就是 DNA檢驗」了,由小量的細胞或血液就可以辨識出嫌疑犯身分。而今美國法庭科學學會官方出版的《鑑識科學期刊》(Journal of Forensic Sciences) 有幸宣告,未來取自現場遺留下的一根頭髮,將有機會作為輔助的科學證據,鑑定出真正兇手身份1

一根頭髮能告訴我們什麼?

以往經由毛髮,我們僅能知曉對方髮色、髮質、形狀如何,再者有時可以從毛髮上附著的一點皮屑獲取頭髮主人的 DNA。現行技術中 DNA證據的辨別性雖高,卻也不易保存且易被破壞;相較於毛髮主要由蛋白質構成,化學結構相較穩定、檢驗可用量又多。如果能直接由頭髮鑑識出嫌疑犯身分,犯罪現場存留的毛屑就有機會成為更有利偵查的線索。

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要做到這一點,我們需要有效而且簡易的蛋白質分析技術,以及能夠辨識個人的資料。頭髮的組成由外而內可分做表皮層 (cuticle)、皮質層 (cortex)和髓質層 (medulla)。表皮層主要以角質連接蛋白 (keratin-associated proteins)所構成,皮質層由角質連接蛋白和表層角質纖絲 (cuticular keratin fibrils) 組合而成,而髓質層則富含由聚合物交叉鍊結組成的結構、並相當難分解

而這些蛋白質的結構與特性,是否有足夠的多樣性能讓我們辨識出個人身分呢?有這個機會。

有可供辨識身分的多樣性,還需實驗方法的突破

勞倫斯利佛摩國家實驗室 (Lawrence Livermore National Laboratory)於 2016 年一篇研究2指出,毛髮中存有的遺傳多樣肽鏈 (Genetically variant peptides,簡稱 GVPs)具有成為破案神探拍檔的資質。

遺傳多樣 (GVPs)為一夾帶 SAP (single amino acid substitutions) 之蛋白質片段,推得其對應轉譯的等位基因,鑑別其單核酸多態性 (SNP) 再建立數據庫,便能具有強如 DNA、指紋圖譜的鑑識系統。而今已確認在角質連接蛋白表層角質纖絲與部分非角質蛋白之等位基因序列中,一共出現 88 處可供鑑定所用的變異點3,是可從毛髮中獲取的GVPs,未來可能可以用來鑑別個體身分。

然而,就算找出了毛髮中可供鑑別個體的鏈,目前分析毛髮蛋白質的技術仍未成熟。毛髮萃取出 GVPs 的程序裡,主要成分角蛋白的結構造成要萃取出完好的蛋白質相當困難。因此即使這個點子早自 1976 年有人想到了,「從落下的頭髮找出兇手」如此直覺的想法,一直難以實現。

本次《鑑識科學期刊》刊載的文獻研究3提出了新發展的直接蛋白萃取法,並且與過去其他萃取方法作出比較。直接萃取法使用 90℃ 高溫配以萃取的藥劑 DTT (DL-dithiothreitol)和 LDS 樣品緩衝液 (lithium dodecyl sulfate Sample Buffer),協助蛋白變性以取得蛋白質。相比於過去使用球磨機研磨多次,並添加大量化學藥劑協助蛋白質變性沈澱的方法,更為直接且省力省時。

而文獻中比較了對蛋白質分析的敏感度與再現性,發現直接蛋白萃取法效果更佳,考量直接萃取方法的簡易與低成本,該方法於未來廣用於刑案的可能性極高。

技術成熟前,待解決的難關

儘管於毛髮中萃取出蛋白質不再是天方夜譚,現今要從毛髮推論出原有主人的真實身份仍存在以下問題:

  1. 直接蛋白萃取法存在侷限性:直接蛋白萃取法並非適用於處理每一種 GVPs,不同性質的 GVPs有其合適的 GVP平板分析法 (GVP panel analysis),像是膠內水解 (in gel digestion) 比起溶液內水解 (in solution digestion) 較適合使用直接蛋白萃取法。除非我們能整併所有分析方法,取得其優點,否則該方法仍只適用於部分蛋白。若要擴大至人類的身份辨識,目前可供鑑別的位置仍然不足。而要建構出蛋白質的全貌以做鑑定用途,依然費時且操作人員需要具備專業技術。
  2. GVP 資料庫尚未完善:文獻中使用胰蛋白 (Trypsin) 作為限制酶進行切割,但實驗結果搜尋時卻並非只針對胰蛋白酶肽資料庫進行搜尋比照,而摻雜他種限制酶建構的資料庫進行比對。如此而得的片段分析結果,除不能確認其準確性,且在遇到分析程序所造成的蛋白質修飾時容易出現偽陽性反應。
  3. 改變 GVP 的因素了解不足:由於與 GVP 的相關研究尚未成熟,包括染髮、年齡等影響因素的研究量不足,要作為鑑識科的辨識依據為時過早。此外我們也無法排除千萬人當中是否有蛋白質序列恰巧相同的兩個個體出現,儘管若未來供鑑別位置的數量上升,該問題能稍作緩解,但仍須考慮到這個機率的問題。

有關自毛髮找出兇手的研究雖然路途仍然遙遠,但分析化學的發展使我們朝這個目標緩緩邁進。然而,命案現場的完整性與偵查小組的洞察力依舊是破案的關鍵,而鑑識人員的培訓能讓這些分析技術得以被妥善使用。可以確定的是,眾人對還原真相的渴求,終將化為更為具體且長久的技術留惠世人。非鑑識科人員的社會大眾在這些技術誕生時,若能不吝於給予支持和鼓勵,想必也能成為科學家們的動力鼓勁前行吧!

參考資料

  1. Ultrasensitive protein method lets scientists ID someone from a single strand of hair 
  2. Parker GJ, Leppert T, Anex DS, Hilmer JK, Matsunami N, Baird L, et al. (2016) Demonstration of Protein-Based Human Identification Using the Hair Shaft Proteome. PLoS ONE 11(9): e0160653. 
  3.  Zhang, Z., Burke, M. C., Wallace, W. E., Liang, Y., Sheetlin, S. L., Mirokhin, Y. A., … & Stein, S. E. (2019). Sensitive Method for the Confident Identification of Genetically Variant Peptides in Human Hair Keratin. Journal of forensic sciences.

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