提不到DNA？頭髮蛋白質也能透露身份的秘密

知識 09-21

本文作者:Alulull

發現無名屍體，如何確定他的身份？兇案現場，如何尋找嫌犯的線索？現在，DNA檢測是個重要的方法。只要能提取到合適的樣本，並且進行檢測和比對，就能確定一個人的身份。

DNA鑒定很好用，但它卻也不是總能行得通。在自然環境下，DNA分子會不斷降解，即使有能讓DNA大量擴增的PCR（聚合酶鏈式反應）加持，有時候基因檢測也無法完成。考古學家們對此更是深有感觸，他們往往面對的是至少埋了數百年的屍體，要想提取有效的DNA信息更是難上加難。

做不了DNA檢測的時候該怎麼辦？研究者們把目光投向了人身上更加「皮實」的成分：頭髮中的蛋白質。最近，來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的研究人員提出了一種利用頭髮中蛋白質進行身份鑒定的新方法，有望成為身份鑒定的輔助手段，相關論文發表在9月7日的《公共科學圖書館·綜合》（PLOS ONE）上[1]。

提不到DNA？頭髮蛋白質也能透露身份的秘密

圖片來自：Julie Russell

蛋白質里的「特徵標籤」

人類基因組裡的信息量浩如煙海，而在做DNA鑒定的時候，技術人員並不會把這些信息全部都檢查一遍。他們往往會著重尋找那些能代表個體差異的關鍵標識，而單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms，簡稱SNP）就是當中最常用的標識之一。SNP指的是單個鹼基對上出現的差異，而有些情況下，這些差異也會改變基因編碼對應的氨基酸，導致蛋白質中的單個氨基酸出現差異（即單氨基酸多態性，SAP）。

簡而言之，單氨基酸多態性便是DNA差異在蛋白質當中的一種體現。如果能夠分析樣本中的蛋白質成分，找到出現氨基酸差異的地方，那麼理論上講，它也和核苷酸差異一樣，具有成為個體「特徵標籤」的潛力。

一小截頭髮能告訴我們什麼？

根據這一思路，研究者們開展了實驗。他們從61位歐裔志願者身上提取了頭髮及血液樣本，分別用於蛋白質檢測和DNA測序。

無論在刑偵現場還是考古遺迹，頭髮都是最常見的生物樣本之一。可惜的是，頭髮的發乾部分並不適合提取核DNA。而如果是分析蛋白質，頭髮就有自己的優勢了：構成頭髮骨架的角蛋白及角蛋白關聯蛋白性質非常穩定，在蛋白質中也屬翹楚，它們可以存留很多年。

利用蛋白質組學的方法，研究者在歐裔志願者的頭髮中鎖定了89個包含SAP的多肽片段，這些SAP對應的SNP被稱作「先祖信息標記物」，在不同人種當中所佔比例不一樣，因此可以用於判斷個體的血統。

與DNA檢測結果的比對發現，頭髮中發現的SAP信息能夠很好地預測志願者基因組中存在的SNP，正確率高達98%。因此，根據蛋白質反推得到的SNP信息可以構成一份「遺傳學名片」。研究者推算，他們找到這這組SNP在歐裔人群中所佔比例與非裔人群相比更高，從另外10名非裔志願者那裡獲取的樣本分析結果也證實了這一點。

那這方法對古人的頭髮是否有效呢？研究者又從6具古代屍骸身上收集了頭髮樣本進行蛋白質分析。這些屍體下葬時間在17世紀末到18世紀初之間，頭髮當中的許多蛋白質已經降解消失，留下的絕大多數都是角蛋白以及角蛋白關聯蛋白。不過，從這些殘留蛋白質中，依然可以找到提示死者血統的SAP「標籤」。

當然，根據頭髮粗查人種還只是第一步。研究者相信，等到這種新方法成熟之後，偵查人員和考古工作者或許能只用一小截頭髮來確定頭髮主人的身份。對頭髮蛋白質的分析不僅能為DNA鑒定結果提供輔助，它甚至還有潛力在DNA證據難以入手時成為主角。（編輯：窗敲雨）

參考資料：

Parker, Glendon J., et al. "Demonstration of Protein-Based Human Identification Using the Hair Shaft Proteome." PloS one 11.9 (2016): e0160653.

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