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Oct 20, 2023

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커뮤니케이션 생물학 볼륨

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 201(2023) 이 기사 인용

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개인이 기여한 생물학적 혼합물에서 개인을 식별하는 것은 범죄 현장 조사 및 다양한 생물 의학 연구 분야와 매우 관련이 있지만 이전 시도에도 불구하고 거의 불가능합니다. 여기서 우리는 이 오랜 문제를 해결하기 위해 전용 생물정보학 파이프라인(De-goulash)과 결합된 단일 세포 전사체 시퀀싱(scRNA-seq)을 사용할 가능성을 조사했습니다. 우리는 새로운 접근 방식을 개발하고 여러 사람의 혈액 혼합물에서 새로 생성한 scRNA-seq 데이터와 다양한 숫자, 비율 및 데이터를 포함하는 공개 단일 개별 scRNA-seq 데이터 세트에서 조립한 in-silico 혼합물을 사용하여 이를 테스트했습니다. 기여자의 생물지리적 조상. 최대 1:60 비율의 2~9명 균형 및 불균형 혈액 혼합물에 대해 기여 개인에 따라 명확한 단일 세포 분리를 달성했습니다. 분리된 모든 혼합 기여자에 대해 성별 및 생물지리적 혈통(모계, 부계, 양부모)이 올바르게 결정되었습니다. 모든 분리된 기여자는 새롭게 생성된 전체 엑솜 시퀀싱 참조 데이터를 사용하여 법원에서 허용할 수 있는 통계적 확실성을 통해 개별적으로 정확하게 식별되었습니다. 이 개념 증명 연구에서 우리는 생물학적 혼합물을 분리한 다음 유전적으로 특성화하고 분리된 혼합물 기여자를 개별적으로 식별하는 단일 세포 접근법의 타당성을 입증합니다. 추가 최적화 및 구현을 통해 이 접근 방식을 통해 궁극적으로 범죄 현장에서 발견되는 것을 포함하여 까다로운 생물학적 혼합물로 이동할 수 있습니다.

생물학적 혼합물에 기여한 사람의 유전적 특성화와 개인의 유전적 식별은 과학과 사회의 다양한 분야와 관련이 있습니다. 한 명 이상의 개인이 기여한 생물학적 혼합물이 범죄 현장에서 수집되는 경우가 많습니다. 알려진 가해자가 있는 경우 개별 유전자 식별을 통해 비교 법의학 DNA 프로파일링을 통해 가해자를 정확히 찾아낼 수 있으며1, 알려지지 않은 가해자가 있는 경우 유전적 특성 분석(예: 성별, 생물지리학적 혈통)은 알려지지 않은 가해자를 찾는 데 도움이 되는 조사 단서를 제공할 수 있습니다1. 혼합 생체재료로부터 개인의 성공적인 유전적 특성화 및 식별은 정확한 혼합물 디콘볼루션, 즉 개별 기여자에 따라 혼합 생체재료를 분리하는 것에서 시작됩니다. 이는 가장 중요하지만 동시에 가장 어려운 단계입니다. 다양한 방법론을 기반으로 한 다양한 시도에도 불구하고 생물학적 혼합물을 분리하는 데 한계가 있어 법의학 DNA 분석2,3,4,5,6의 주요 과제 중 하나로 남아 있습니다. 더욱이, 혼합물 분리는 널리 사용되는 세포, 조직 및 오가노이드 배양물에서 오염을 검출하고 해결하는 등 다른 생의학 연구 및 응용 분야에도 적합합니다.

현재 법의학 혼합 디콘볼루션에 사용되는 가장 일반적인 기술은 차등 용해(Differential Lysis)7인데, 이는 성폭행 사건에서 흔히 볼 수 있는 남성 가해자의 정액 세포와 여성 피해자의 상피 세포가 포함된 혼합물에 질 면봉을 분석하여 적용하는 것입니다. 그러나 차등 용해는 종종 남성과 여성의 DNA 분획이 불완전하게 분리되는 결과를 낳습니다. 결과적으로 결과적인 상염색체 STR(Short Tandem Repeat) 프로필은 여전히 ​​여성 피해자와 남성 가해자의 대립 유전자가 혼합되어 있음을 보여줍니다. 이로 인해 참조 DNA 분석을 통해 여성 피해자의 STR 프로필이 알려진 경우에도 혼합 DNA 프로필에서 남성 가해자의 STR 프로필을 골라내는 것이 어렵고 종종 불가능해집니다8. Y 염색체의 남성 특정 부분을 표적으로 삼으면 혼합물에서 남성 특정 STR을 구체적으로 분석할 수 있고 성폭행 사건의 자료에서와 같이 여성 DNA에 대한 접근이 큰 혼합물에서 작동하므로 도움이 됩니다9. 그러나 법의학 Y-STR 프로파일링에는 일반적으로 동일한 Y-STR 프로파일을 공유하는 부계 친척 남성을 구별할 수 없는 경우가 많다는 단점이 있습니다. 결과적으로 남성 피의자에 대해 구한 일치 확률은 그의 친족 남성 친족에게도 적용되므로 법정에서 필요한 개인 수준의 결론을 도출할 수 없습니다9. 확률적 유전형 분석과 같은 통계적 방법을 사용하여 혼합 염색에서 얻은 혼합 상염색체 STR 프로파일을 디콘볼루션하는 방법을 사용할 수 있지만 성공은 제한적이며 여러 요인에 따라 달라집니다. 정량적 특성으로 인해 법의학 STR 프로파일링에 MPS(대량 병렬 시퀀싱)라고도 하는 NGS(차세대 시퀀싱)를 사용하면 혼합 STR 프로파일을 분리하는 데 약간의 개선이 제공되지만 그 성공은 주로 덜 복잡한 것으로 제한됩니다. 2인의 혼합물과 같은 것1. 더욱이, 차등 용해는 서로 다른 남성의 정액 혼합물을 분리하는 데 적합하지 않으며 정자 세포가 전혀 포함되지 않은 혼합물에는 적합하지 않습니다.