用NGS革命法医学

1976年，一名14岁的男孩沿着宾夕法尼亚州东部的利海河行走，发现了一个被割断的头部和一个短期胎儿。男孩跑回家向当局报警。宾夕法尼亚州警方在搜查该地区后，发现一名孕妇的尸体被分成三个手提箱。根据验尸报告，她曾被性侵犯、勒死，并在近距离内被射中脖子。她死后被肢解，很可能是从80号州际立交桥上扔下来的。

谋杀案发生一个月后，受害者的家人收到一封信，说她和她的男友搬到了康涅狄格州，并给他们的孩子取名路易斯。当她的家人质疑这封信是不是她写的时候，他们认为这对年轻夫妇可能已经搬走了，不想再联系了。

在接下来的44年里，100多名警察试图找出“贝丝·多伊”(Beth Doe)到底发生了什么。从2007年开始，当局挖掘了她的遗骸，并尝试使用牙科记录、指纹、面部重建和DNA。2020年11月，调查小组向Othram公司。这是一个独特的法医实验室，配备了专利方法和IlluminaNovaSeq™6000. 他们利用这一技术构建了贝丝·多伊的全面系谱。

与此同时，一个名叫小路易斯·科隆的人在想他父亲的妹妹伊芙琳发生了什么事。从她15岁起就没有人收到过她的来信，当时她显然和男友和孩子搬到了康涅狄格州。路易斯将自己的DNA档案上传到多个家谱数据库，希望能与姑姑和失散多年的表弟重新联系。

通过这些数据库，调查人员能够联系到路易斯，他恰好与多伊丝共享约1700厘米的DNA。厘摩(cM)是用来测量的单位人与人之间的遗传距离．1700cM的共享DNA属于侄子/阿姨关系的平均范围。)

当执法联系Luis时，他和他的家庭解释说，伊维利恩一直与她未出生的孩子的父亲一起生活，这是一个名叫路易斯拉的人。警方继续调查，并根据他们的调查结果和DNA测试的结果，向前举行了2021年3月逮捕了塞拉，纽约巴斯司机的塞拉。他正在没有保释。

一个44年的案子怎么能在几周内从无果而终?三个词:下一代测序(NGS)。

城墙内
在休斯顿以北40分钟的德克萨斯州伍德兰，大卫·米特尔曼博士建立了一个非常特殊的实验室。这是美国或加拿大第一个也是唯一一个在法医环境中使用基因组测序功能的完全内部私人实验室。其使命是“通过基因组学实现正义”，其理念是以过去几年中让人们能够获得基因健康检测的方式实现正义的民主化。米特尔曼说：“在任何一个街角，你都可以进行DNA检测，看看你是否有患某种疾病的风险。”。“但是你能去哪个街角破案呢？”

这是来自遗传学家的一个有趣的问题。Mittelman在人类基因组项目期间的科学中的科学核心在UT Southwestern Genomics核心上，研究了早期的单核苷酸多态性（SNP）阵列技术。他帮助建立了大学的第一个阵列打印机，最终爱上了DNA测序。Mittelman继续在分子生物物理学中获得他的博士学位，然后在Richard Gibbs在贝勒医学院的人类基因组测序中心培训。他的研究计划使用测序旋转以更好地了解DNA损伤，修复和基因组编辑。他参与了1000个基因组项目等研究，并在弗吉尼亚理工学院生长弗吉尼亚州生物信息学院。2012年，他推出了一家名为Arpeggi的公司，将原始数据从Illumina开除miseq™并帮助简化了向医生和测序技术的其他终端用户报告基因变异的流程。Arpeggi是通过一个又一个基因获得的，它拥有家族树DNA。“因为我一直从事生物医学研究，这是我第一次看到DNA测试的应用，它完全是娱乐性的，只是人们想要追溯他们的祖先和寻找家庭成员。”正是他在FamilyTreeDNA的工作为他未来的创业播下了种子。

几年后的2018年，米特尔曼与几位前同事坐下来问：“如果法医技术今天第一次发明会怎么样？如果我们现在拥有像NovaSeq这样强大的平台，它会是什么样子？”

当传统的法医实验室使用DNA测试时，目前的方法是进行过去三十年使用的法医检验。“这是一个非常相似的机器，用于用于人类基因组项目。目前，DNA取证铰链在DNA中的一小少数标记。这是非常有限的。“

美国每年发现4400具身份不明的尸体国家失踪和身份不明人员制度(NamUs)。无论他们是犯罪的受害者还是因其他原因去世的人，大多数人都没有得到确认，每年的遗体和失踪人口数量都在积累。的国家司法研究所称之为“无声的大规模灾难”。

Mittelman说:“我正试图把这变成一场不那么沉默、规模更小的灾难。我们想给无名者一个声音，并最终减少这些案件积压的规模。”

他创立的这家公司聚集了超过25名计算机科学家、数据分析师、研究人员和“像我这样的实验室怪才”。奥瑟姆这个名字，是拜他所赐《指环王》-亲爱的同事们：“奥瑟兰”是守卫和保护米纳斯提利斯的城墙的名字。这个想法是Othram的技术将为社会做同样的事情，帮助识别暴力罪犯，并确保身份不明和失踪者能够与家人团聚。

当奥瑟拉姆与执法机构合作时，任何人都可以向团队提出一个冷冰冰的案件。有时是侦探或法医，有时是非营利组织或关心此事的公民。只要执法部门在案件中有剩余证据，Othram就可以帮助重新审查案件并产生新的线索。这些案件中有许多是由执法机构直接资助的。包括许多未解决的性侵犯案件在内的一些案件是通过司法部的项目资助的，比如性侵犯工具包计划。对于已经破产或无法获得资金的案件，Othram将执法调查人员与私人捐助者和基金会配对。甚至还有一个众筹网站，dnasolves，Othram利用公众的支持。Othram致力于建立受害者的档案，以便将其与其他档案进行比较并找到他们的近亲。有时Othram会从a到Z或“证据到答案”处理案件而其他时候，他们只需建立家谱档案，其他专业人士可以用它来寻找身份。

深入研究法医数据
CODIS代表联合DNA索引系统，由联邦调查局于1994年创建。它对受害者以及可能犯罪的人的DNA图谱进行索引，这样，如果他们再次犯罪，理想情况下他们可以很快被抓获。联邦、州和地方实验室可以为数据库做出贡献。从成立到今年3月，CODIS已经生产了超过550000的点击率根据FBI的说法。

但不是每个犯罪的人都在数据库中，如果你是一个未命名的受害者，你几乎不在数据库中。

此外，虽然CODIS存储了近2000万份档案，但档案本身往往不够详细，无法帮助破案。许多配置文件与实际身份无关。

最初，Codis中的DNA谱由八个标记组成，或短串联重复（strs）。今天，近30年后，它只是20个标记。

问题就在这里。如果一个特定犯罪现场的20个标记与CODIS中已知的人不匹配，它就会一直待在那里，直到一个已确定的嫌疑人被抓住，并共享这20个相同的标记。

“如果你是我的兄弟姐妹，我们可能在20个标记中有10个相同，但如果你是我的表亲，我们很可能不会有任何相同的标记。因此，兄弟、父或子也必须在CODIS中。伊芙琳·科隆是一名15岁的怀孕少女据称与控制欲强的男友同居。她为什么会在CODIS?”

CODIS是一个强大的跟踪重复犯罪和确认身份的框架。然而，毫不奇怪，我们的国家DNA数据库帮助鉴定了大约1%的身份不明的遗体和15%的性侵犯工具包，根据法医学系在华盛顿特区。Mittelman解释说:“CODIS是一个重要的工具，但它只是一个工具。“在让受害者与家人重新建立联系方面，CODIS本身并不是很有价值。”

他的实验室研究了数万到数十万个标记。

当然，DNA测试并不总是必要的，但没有它，执法部门必须使用其他方法来连接拨打点。经常，时间和地理的差异创造了重大障碍。1966年，一个17岁的女孩淹死在德克萨斯州佩科斯的汽车旅馆游泳池。但她的父母在堪萨斯州报道，她和她的家人住在一起。当地执法部门开始在堪萨斯州寻找，但最终案件已经冷却了半个世纪。2020年8月，Othram从她骨骼的一块遗骸开发了DNA提取物并建造了族记剖面。然后，通过支持国家缺失和被剥削的儿童（NCMEC）和捐赠时间从一个名为创新取证的公司的捐赠时间，提供了一种调查的引导。佩奇警察局随后遵循了领导，最终证实了淹死的女孩的身份。他们能够与她的兄弟姐妹联系，现在在70年代和80年代。经过50多年来，家庭仍然没有放弃希望他们失踪的妹妹会被确定。

1994年由一名渔民在一个湖中找到了另一个男人，但他可能在20世纪80年代谋杀了。“在他被发现失踪时，他在失踪时，他的身份证明是什么时候断开连接，当他被发现时。DNA测试可以推动该墙壁，帮助连接时间和地理距离分开的事件。“

Othram用DNA填补了这一空白，实验室只有不到20个人类细胞可以研究(甚至不到五分之一纳克)。

Mittelman解释说：“法医数据总是低数量的。”。“它总是很吵。”挑战是将小的、降解的和受损的DNA片段拼凑在一起，并经常将各种各样的DNA混合在一起进行分类。“测序器非常非常，非常敏感。他们会对你、攻击你的人、不可避免地在法医证据上生长的细菌、甚至可能在现场的动物进行DNA测序。”而在医学和消费基因组学中，样本将来自目前活着的单个人的血液或唾液，法医DNA可能来自旧骨碎片，来自腐烂的组织学切片的组织，或地毯上的干燥污渍。“挑战在于，你如何获取这些多样化和异质性的输入信息，其中许多信息以前从未被测序过，然后从中建立一个档案，这个档案可以与从活人身上提取的新鲜DNA样本建立的档案相比较。”

Othram开发了一种从骨骼中提取DNA的专有方法，尽可能地挑逗和分离人类和非人类DNA。

“当你测试DNA时，DNA会被消耗和破坏。如果测试失败，你就拿不到DNA了。你没有太多的机会去摆弄那个DNA。通常你只有一次机会。你也不想成为一家只搜集证据却什么都不提供的公司。”出于这个原因，Othram通过大量的研发和模拟案例工作不断完善其流程，并在接手之前对每个案例进行评估，优先处理与他们之前解决的案例相似的案例。

调查费用
调查可能需要几十年的时间，费用可能高达数十万美元。从法医素描、同位素分析、面部重建到执法时间和差旅费，这些费用可能会迅速增加。

Mittelman解释说:“有很多钱是专门用于调查的，但遗憾的是他们已经把钱花光了。”“这是沉没成本。”他指出，在Othram的一个典型案例中，涉及单源DNA的费用约为5000美元，与其他调查费用相比，这是相对较少的。“光是挖出尸体的费用就高达这个数字的四倍。”Mittelman说从证据打到Othram家门口到伪造侧写需要12周的时间。为了降低成本，他们并不急于完成这个过程。“NovaSeq就像一架飞机——如果你的飞机上有很多乘客，你可以一直驾驶飞机。随着我们规模的扩大，周转时间可以更快。尽管如此，将12周与人们等待答案的几十年进行比较。想想一个警探要花多少时间。 Often, $5,000 is barely enough for a detective’s salary for a month.”

大多数受害者的家庭成员都愿意支付测序费用，除非他们还不知道那具尸体就是他们等待的那个人。

“DNA就在那里。”
今天，NCMEC正试图识别大约700具未成年人尸体。目前的目标是在证据进一步恶化之前对所有这些数据进行排序。

Mittelman将其比作数字化磁带，随着时间的推移，磁带可能会起皱、划痕或磨损。如果你能把它们转换成MP3，那么数据就不会变坏。如果Mittelman能够建立一个数字化的法庭证据库，那么当有人最终开始关注它，或者一个失踪已久的亲属将他们的个人资料上传到公共数据库，或者其他某种线索出现时，任何案件都可以解决。

这是一项雄心勃勃的努力，没有明显的冠军。但米特尔曼和他的团队知道，这些家庭都在那里默默受苦。他说：“在CODIS之后放弃，或者使用一些不合适的方法，无法使用所有你能使用的数据，这感觉很糟糕。”。“这不是一个研究项目。每个案例的另一端都有人类。”

当有人失踪一天，这对这个家庭来说是最糟糕的悬念。不仅这些家庭中的一些已经等待了几十年，而且由于亲属开始去世，老年病例的紧迫性也越来越高。

“一般人听到有人淹死了。世界在前进，但我们家却没有。”虽然亲属才是最大的解脱，但还是有很多人找到了宽恕或某种程度的解脱，这要归功于基因排序。从未被指控但几十年来一直被怀疑的嫌疑人或相关人员，将洗脱罪名。“这显然是有意义的排除通过STR测试，但对他们来说更有意义的是真正找出谁犯了罪。想象一下，当找到合适的人时，体重会减轻。”最后，米特尔曼会见了在第一次遇到令人难以置信的创伤证据几十年后发现结案的警官。

Mittelman的使命是继续保留证据，找到答案，重新连接家庭。“我有五个孩子，”他说。“我爱孩子们，我希望有人为他们而战。”

米特尔曼认为，该国的每个法医实验室都应该进行测序。在此之前，他和他的团队将继续建立这些档案，并继续加固城墙。

阅读更多破案来自奥瑟兰。

如何帮助你?

基金一个案例。dnasolves通过众筹解决案件。捐赠给一个与你的地理区域相同或激起你兴趣的案例。

贡献你的DNA。如果你是在消费者遗传学公司进行测试的4000万人中的一员，你可以将你的数据集捐赠给dnasolves．如果你是一个身份不明的人的远亲，这可以帮助调查人员。

支持一个组织。Othram还与NCMEC和快乐的心脏基金会．