Loading article…
DNAプロファイリング（DNAフィンガープリンティング、遺伝子フィンガープリンティングとも呼ばれる）とは、個人のデオキシリボ核酸（DNA ）の特徴を特定するプロセスである。個人ではなく種を識別することを目的としたDNA分析は、 DNAバーコーディングと呼ばれる。
DNA プロファイリングは、犯罪捜査における法医学的手法であり、容疑者のプロファイルを DNA 証拠と比較し、犯罪への関与の可能性を評価するものです。[ 1 ] [ 2 ]現代の DNA プロファイリング技術は、容疑者と有罪となるサンプルとの一致の確率的推定値しか提供しないにもかかわらず、非常に信頼性が高いです。[ 3 ] [ 4 ] DNA プロファイリングは、父子鑑定[ 5 ]、移民資格の確立[ 6 ] 、系図学および医学研究にも使用されています。DNA プロファイリングは、動物学、植物学、農業の分野における動物および植物集団の研究にも使用されています。[ 7 ] DNA プロファイリングは、1984 年に英国の遺伝学者サー・アレック・ジェフリーズがレスター大学で研究していたときに発見しました。彼は、DNA の一部の領域には、各個人に固有の非常に可変な反復配列があることに気付き、遺伝子フィンガープリンティングの技術を開発しました。
1970年代半ばから、科学の進歩により、DNAを個人の識別のための材料として使用することが可能になった。法医学におけるDNA変異の直接使用に関する最初の特許[ 8 ]は1997年に発行されたが、これはジェフリー・グラスバーグが1983年に最初に提出した申請に基づくもので、彼が1981年に米国ロックフェラー大学で行った研究に基づいている。
イギリスの遺伝学者サー・アレック・ジェフリーズは、 1984年にレスター大学遺伝学部で研究中に、独自にDNAプロファイリングの手法を開発しました。ジェフリーズは、DNA鑑定士が未知のDNAからパターンを特定できることを発見しました。これらのパターンは遺伝形質の一部であり、血縁関係分析の分野を発展させるために使用できます。これらの発見は、犯罪事件におけるDNAプロファイリングの最初の使用につながりました。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
ジェフリーズが法医学サービス（FSS）のピーター・ギルとデイブ・ウェレットと共同で開発したこの手法は、 1983年と1986年にレスターシャー州ナーバラでレイプされ殺害された10代の少女2人の殺人事件の解決に初めて法医学的に使用された。デビッド・ベイカー刑事が指揮したこの殺人事件の捜査では、レスターシャー警察の捜査に自発的に協力した地元男性約5,000人から任意で採取された血液サンプルに含まれるDNAにより、当初容疑者で犯行の1つを自白していたリチャード・バックランドの無罪が証明され、 1988年1月2日にコリン・ピッチフォークが有罪判決を受けた。地元のパン屋の従業員だったピッチフォークは、血液サンプルを提供する際に同僚のイアン・ケリーに自分の代わりにサンプルを提供するよう強要し、ケリーは偽造パスポートを使ってピッチフォークになりすました。別の同僚がこの詐欺を警察に通報した。ピッチフォークは逮捕され、彼の血液は処理とプロファイル作成のためにジェフリーズの研究室に送られた。ピッチフォークのプロファイルは殺人犯が残したDNAと一致し、ピッチフォークが両方の犯罪現場にいたことが確認された。彼は両方の殺人について有罪を認めた。[ 13 ]数年後、インペリアル・ケミカル・インダストリーズ（ICI）は世界で初めて市販のキットを発売した。比較的新しい分野であるにもかかわらず、刑事司法制度と社会の両方に世界的に大きな影響を与えた。
人間のDNA配列の99.9%はすべての人で同じですが、DNAには十分な違いがあるため、一卵性双生児でない限り、個人を区別することが可能です。 [ 14 ] DNAプロファイリングでは、可変数タンデムリピート（VNTR ）と呼ばれる非常に多様な反復配列、特にマイクロサテライトとしても知られるショートタンデムリピート（STR）やミニサテライトが使用されます。VNTR遺伝子座は近縁の個人間では類似していますが、非常に多様であるため、無関係の個人が同じVNTRを持つ可能性は低いです。
VNTRやSTRが登場する以前は、ジェフリーズのような人々は制限酵素断片長多型（RFLP）と呼ばれる手法を用いていました。この手法では、2つのDNAサンプル間の違いを分析するために、通常、DNAの大きな断片が使用されました。RFLPは、DNAプロファイリングと分析に使用された最初の技術の1つでした。しかし、技術が進化するにつれて、STRのような新しい技術が登場し、RFLPのような古い技術に取って代わりました。[ 15 ]
1980年代と1990年代には、米国では法廷におけるDNA証拠の許容性について議論があったが、その後、技術の向上によりより広く受け入れられるようになった。[ 16 ]
血液や唾液などのサンプルを採取した場合、DNAはサンプル中に存在するもののほんの一部にすぎません。DNAを分析するには、まず細胞から抽出して精製する必要があります。これには多くの方法がありますが、どの方法も基本的な手順は同じです。細胞膜と核膜を破壊して、DNAを溶液中に遊離させる必要があります。DNAが遊離したら、他のすべての細胞成分から分離できます。DNAが溶液中で分離された後、残りの細胞残骸を溶液から取り除いて廃棄すると、DNAだけが残ります。最も一般的なDNA抽出法には、有機抽出法（フェノール-クロロホルム抽出法とも呼ばれる）[ 17 ] 、 Chelex抽出法、固相抽出法などがあります。差分抽出法は、2種類の異なる細胞由来のDNAを溶液から精製する前に互いに分離できる、抽出法の改良版です。どの抽出法も実験室ではうまく機能しますが、分析者は通常、コスト、所要時間、得られるDNAの量、得られるDNAの質などの要因に基づいて好みの方法を選択します。[ 18 ] [ 19 ]
DNA抽出は、DNAを濃縮するだけでなく、ヌクレアーゼなどDNAを分解する物質からDNAを分離する効果もある。
RFLPはサザンブロット法の応用です。研究者は、サンプル全体にわたって短く特定の配列を「切断」する制限酵素の混合物を選択します。この酵素はDNAサンプルを消化するために使用されます。核酸のゲル電気泳動は、電場を使用して異なるサイズのDNAを異なる速度で移動させるもので、サイズによる初期分離を行うために使用されます。
この時点でDNAはサイズによって分離されていますが、まだ目に見えません。薄いニトロセルロース膜またはナイロン膜をゲルにしばらく押し付け、DNAが膜上にパターンとして転写されるようにします。次に、膜を加熱するか紫外線に照射して、DNAを膜に永久的に固定します。このDNAが固定された膜にハイブリダイゼーションプローブを用いて、プローブの配列に一致するDNAの部分を強調表示します。プローブは通常、放射性または化学発光性であるため、プローブに一致するDNAのサイズグループごとに「バンド」としてその位置を画像として記録できます。
RFLP分析は、異なる人々の間でバンドの位置（プローブが一致する断片のサイズに対応する）を比較することによって機能します。
PCRは、特定のプライマーに一致するDNAの断片を周期的に増幅する方法です。これは1983年にKary Mullisによって開発されました。PCRは現在、医療および生物学研究室でさまざまな用途に使用される一般的で重要な技術です。[ 20 ]増幅は、次の3つのステップを繰り返すことによって達成されます。
特定の領域を標的とする特異的プライマー、あるいはランダムプライマーのいずれかを使用することで、PCRは非常に多様な分析タスクに利用できる。
PCRの古典的な用途の一つは、2つのプライマー間の領域を選択的に増幅することです。標的断片のサイズは事前にわかっているため、制限酵素は必要ありません（もちろん、組み込むことも可能です）。増幅産物は、サザンブロッティングで上述したように、ゲル電気泳動を用いてサイズ別に分離し、同様の方法でメンブレンに転写して可視化できます。結果として得られる画像には、その領域が存在する場合は期待されるサイズのバンドが表示され、適切なサイズのものがその領域と一致しない場合はバンドが表示されず、一致するものの長さが異なる場合は異なるサイズのバンドが表示されます。これらはすべて、生物種を識別するための有用な情報となります。
固定サイズに一致するか、圧倒的多数のケースで一致しないことがわかっている領域をターゲットにする場合、バンドが存在するか存在しないかのどちらかになります。この場合、異なる長さの領域に一致する多数のプライマーペアを一緒に使用できます（余分な領域に一致しない限り）。これにより、単一のPCR反応でそれらの存在または非存在を分析できます。これがPCRフィンガープリンティングです。[ 21 ]
サイズの違いとして容易に識別できるヒトの遺伝的変異の一種に、非常に短く単純な配列が何度も繰り返される短鎖反復配列（STR）があります。このような部位は「滑りやすい」ため、人々の間で大きな変異を生み出します。DNAポリメラーゼが滑って、いくつかのコピーをスキップしたり追加したりする可能性があります。[ 10 ] STR分析は、プライマーが既知のSTR領域を標的とする点で、古典的なペアプライマーPCRフィンガープリンティングの特定のバージョンです。人々の間で大きく異なる領域を標的にすることで、PCRフィンガープリンティングは、生物学で使用される種識別技術から、法医学で使用できる家族、さらには個人識別技術へと変化します。
国によって、STRベースのDNAプロファイリングシステムは異なっている。北米では、CODIS 20 [ 23 ]コア遺伝子座を増幅するシステムがほぼ普遍的に使用されているが、英国ではDNA-17遺伝子座システムが使用されており、オーストラリアでは18のコアマーカーが使用されている。[ 24 ]
STR分析の真の力は、その統計的な識別力にあります。現在CODISで識別に使用されている20の遺伝子座は独立して分離しているため（ある遺伝子座で特定の数の繰り返しがあっても、他の遺伝子座で任意の数の繰り返しがある可能性は変わりません）、確率の積の法則を適用できます。つまり、3つの遺伝子座が独立している場合、ある人がABC型のDNAを持っているとすると、その人がそのDNA型を持っている確率は、A型である確率×B型である確率×C型である確率となります。これにより、100京分の1（1×10¹⁸ ）以上の一致確率を生成できるようになりました。しかし、DNAデータベース検索では、予想よりもはるかに頻繁に誤ったDNAプロファイルの一致が見られました。[ 25 ]
標準的なSTR分析キットは主に常染色体STRに焦点を当てていますが、ほとんどの場合、Y染色体アメロゲニン遺伝子のY染色体コピーであるAMELYを検査するキットも含まれており、Y染色体が存在するかどうかを示します。（この単一のデータポイントで容疑者の50%を除外できます。）ごく少数の人はこの領域では検出できないAMELYの変異を持っているため、一部のキットでは最大4つのY染色体インデルとSTRも追加されています。[ 26 ]
Y染色体STRは、常染色体STRとほぼ同じように使用されますが、父系のみに伝わるという点が異なります。Y STR検査専用のキットでは最大27の遺伝子座を検査できます。8は「最小ハプロタイプ」セットです。[ 26 ]「Yハプロタイプ参照データベース（YHRD）」は、2000年にオンラインリソースとして作成されました。現在、世界中の集団からの30万を超える最小（8遺伝子座）ハプロタイプと、それらの頻度に関するデータが含まれています。[ 27 ]
あらゆる種類のDNAを増幅するもう一つの理由は、DNAシーケンスの準備のためです。断片のサイズを比較するだけでなく、より多くの遺伝的変異、特に一塩基多型を検出することができます。
例えば、ミトコンドリアDNA（mtDNA）はヒト細胞内に多数コピー存在するため、骨、歯、毛髪などのDNAが少ないサンプルでも回収しやすい。ヒト間の変異のほとんどは「コントロール領域」に集中しているため、法医学分析ではプライマーペアを用いてこの領域を標的とし、多数のコピーを作成する。mtDNAは母系遺伝する。[ 28 ]
DNAプロファイリングは、微生物、真菌、植物、動物の個体識別に応用されてきた。PCRの一種である任意増幅DNA （AMD）は、 DNAフィンガープリンティングにおいて特に有用である。例えば、ランダム増幅多型DNA（RAPD）、任意プライマーPCR（AP-PCR）、DNA増幅フィンガープリンティング（DAF）は、任意プライマーを用いてゲノム内の未知の領域を標的とし、固有の遺伝子フィンガープリントを生成する。これらの任意増幅法は、細菌や植物のフィンガープリンティングに広く用いられており、法医学、育種、集団遺伝学的解析に役立っている。同様に、広く用いられている増幅断片長多型 （AFLP）法は、制限酵素とPCR増幅を組み合わせて未知の領域を標的とし、幅広い生物のDNAプロファイリングに利用されている。ハイスループットシーケンスの登場により、制限酵素部位関連DNAシーケンス（RAD-seq）などの縮小表現シーケンス法によって、幅広い用途向けのゲノムワイドマーカーの発見と遺伝子型判定が可能になった。
例えば、植物のフィンガープリンティングにおける分子マーカー技術の使用により、栽培品種や系統の識別が可能になります。これらの技術の使用は、貿易関連知的財産権（TRIPS）や生物多様性条約（CBD）により注目を集めています。[ 29 ]特に、薬用植物のDNAフィンガープリンティングは、植物中の植物成分や混入物の識別、認証、区別、検出を可能にします。[ 30 ] DNAプロファイリングは、これらの用途にとって重要になりつつあり、生薬学における科学的研究の未来を決定づけています。[ 30 ]また、これらの技術は、子孫の成功率を高める可能性のある形質（種子の大きさや葉の色など）の決定にも役立ちます。[ 31 ]
DNA分析について考えるとき、人々はしばしばNCISやCSIのようなテレビ番組を思い浮かべます。これらの番組では、DNAサンプルが研究所に持ち込まれ、すぐに分析され、数分以内に容疑者の写真が提示される様子が描かれています。しかし、現実は大きく異なり、犯罪現場から完璧なDNAサンプルが採取されることはめったにありません。殺人事件の被害者は発見される前に過酷な状況にさらされていることが多く、犯罪に使用された物品は複数の人物によって扱われていることがよくあります。法医学者がDNAサンプルを分析する際に遭遇する最も一般的な2つの問題は、劣化サンプルとDNA混合物です。[ 32 ]
現代のPCR法が存在する以前は、劣化したDNAサンプルを分析することはほぼ不可能でした。法医学でDNA分析に最初に用いられた技術である制限酵素断片長多型（RFLP）などの方法では、信頼できるデータを得るためにサンプル中に高分子量DNAが必要でした。しかし、劣化したサンプルではDNAが断片化しすぎていてRFLPを正確に行うことができないため、高分子量DNAが不足しています。劣化したDNAサンプルの分析が可能になったのは、ポリメラーゼ連鎖反応技術が発明されてからのことです。特にマルチプレックスPCRは、劣化したサンプルに残っている小さなDNA断片を分離して増幅することを可能にしました。マルチプレックスPCR法をRFLPなどの従来の方法と比較すると、大きな違いが見られます。マルチプレックスPCRは理論的には1 ng未満のDNAを増幅できますが、RFLPでは分析を行うために 少なくとも100 ngのDNAが必要でした。 [ 33 ]
サンプル中のDNA量が0.1 ng（[ 34 ] ）未満の場合、低テンプレートDNAが発生する可能性があります。これにより、対立遺伝子の脱落や挿入などの確率的効果（ランダムな事象）が増加し、DNAプロファイルの解釈が変わる可能性があります。これらの確率的効果により、ヘテロ接合個体由来の2つの対立遺伝子の増幅が不均等になる可能性があります。特に、DNAサンプルの混合物を扱う場合は、低テンプレートDNAを考慮することが重要です。これは、混合物中の1つ（または複数）の寄与者について、PCR反応が適切に機能するのに最適な量のDNAよりも少ない可能性が高いためです。[ 35 ]したがって、DNAプロファイルの解釈のために確率的閾値が開発されています。確率的閾値は、脱落が発生する電気泳動図で見られる最小ピーク高さ（RFU値）です。ピーク高さの値がこの閾値を超えている場合は、対立遺伝子の脱落が発生していないと仮定するのが妥当です。例えば、電気泳動図で特定の遺伝子座に 1 つのピークしか見られないが、そのピークの高さが確率的閾値を超えている場合、この個体はホモ接合体であり、テンプレート DNA が少ないために脱落するはずだったヘテロ接合体のパートナー対立遺伝子が欠けていないと合理的に推測できます。対立遺伝子の脱落は、テンプレート DNA が少ない場合に発生する可能性があります。これは、開始時の DNA が非常に少ないため、この遺伝子座では、DNA サンプル (または混合物) の提供者は真のヘテロ接合体ですが、もう一方の対立遺伝子は増幅されないため、失われてしまうからです。対立遺伝子のドロップイン[ 36 ]も、テンプレート DNA が少ない場合に発生する可能性があります。これは、スタッター ピークが増幅されることがあるためです。スタッターは PCR のアーティファクトです。PCR 反応中、DNA ポリメラーゼが入り込み、プライマーからヌクレオチドを追加しますが、このプロセス全体は非常に動的であり、DNA ポリメラーゼが常に結合、解離、再結合を繰り返していることを意味します。そのため、DNAポリメラーゼは、その前の短いタンデムリピートに再結合することがあり、その結果、鋳型よりも1つ少ないリピート数の短いタンデムリピートが生成されます。PCR中に、DNAポリメラーゼがたまたまスタッター状態の遺伝子座に結合し、それを増幅して多数のコピーを作成すると、このスタッター産物が電気泳動図にランダムに現れ、対立遺伝子のドロップインを引き起こします。
激しい火災や骨片しか残っていない場合など、DNAサンプルが劣化している場合、これらのサンプルに対する標準的なSTR検査では不十分な場合があります。高度に劣化したサンプルに対して標準的なSTR検査を行うと、より大きなSTR遺伝子座がしばしば脱落し、部分的なDNAプロファイルしか得られません。部分的なDNAプロファイルは強力なツールになり得ますが、完全なプロファイルが得られた場合よりもランダムな一致の確率が高くなります。劣化したDNAサンプルを分析するために開発された方法の1つは、ミニSTRテクノロジーを使用することです。この新しいアプローチでは、プライマーはSTR領域により近い位置に結合するように特別に設計されています。[ 37 ]
通常のSTR検査では、プライマーはセグメント内のSTR領域を含むより長い配列に結合します。しかし、MiniSTR分析はSTRの位置のみを標的とするため、はるかに小さなDNA産物が得られます。[ 37 ]
プライマーを実際のSTR領域に近づけることで、この領域の増幅が成功する可能性が高くなります。これらのSTR領域の増幅が成功し、より完全なDNAプロファイルを取得できるようになります。より小さなPCR産物が高度に分解されたサンプルでより高い成功率をもたらすという成功は、ミニSTR技術がワコ火災の犠牲者の特定に使用された1995年に初めて報告されました。[ 38 ]
混合物は、法医学者が未知または疑わしいDNAサンプルを分析する際に直面するもう1つの一般的な問題です。混合物は、2人以上の個人提供者を含むDNAサンプルと定義されます。[ 33 ]これは、複数の人が扱った物品からDNAサンプルが綿棒で拭き取られた場合や、サンプルに被害者と加害者の両方のDNAが含まれている場合によく発生します。DNAサンプルに複数の個人が存在すると、個人のプロファイルを検出することが困難になる場合があり、混合物の解釈は高度な訓練を受けた個人のみが行うべきです。2人または3人の個人を含む混合物は解釈が困難です。4人以上の個人を含む混合物は複雑すぎて、個人のプロファイルを取得できません。混合物がよく得られる一般的なシナリオの1つは、性的暴行の場合です。サンプルは、被害者、被害者の同意に基づく性的パートナー、および加害者からの物質を含む場合があります。[ 39 ]
混合物は一般的に、タイプA、タイプB、タイプCの3つのカテゴリーに分類できます。[ 40 ]タイプAの混合物は、ピーク高さが全体的に類似した対立遺伝子を持つため、提供者を区別することはできません。タイプBの混合物は、ピーク高さの比率を比較して、どの対立遺伝子が一緒に提供されたかを判断することで分離できます。タイプCの混合物は、サンプルがDNAの分解の影響を受けているか、存在するDNAの量が少なすぎるため、現在の技術では安全に解釈できません。
電気泳動図を見ると、各遺伝子座にあるピークの数に基づいて、比較的単純な混合物の寄与者の数を決定することができます。各遺伝子座に 1 つまたは 2 つのピークしかない単一ソース プロファイルと比較すると、混合物は 2 つ以上の遺伝子座に 3 つ以上のピークがある場合です。[ 41 ]単一の遺伝子座に 3 つのピークしかない場合は、その遺伝子座で 3 つの対立遺伝子を持つ単一の寄与者がいる可能性があります。[ 42 ] 2 人の混合物では各遺伝子座に 2 ～ 4 つのピークがあり、3 人の混合物では各遺伝子座に 3 ～ 6 つのピークがあります。寄与者の数が増えるにつれて、混合物のデコンボリューションはますます困難になります。
DNA プロファイリングの検出方法が進歩するにつれて、法医学者は混合物を含む DNA サンプルをより多く目にするようになっています。これは、最新の検査ではごくわずかな寄与者でも検出できるようになったためです。法医学者が相互浸透する DNA 混合物を容易に分析できるかどうかは、各個人から存在する DNA の比率、遺伝子型の組み合わせ、および増幅された DNA の総量に大きく依存します。[ 43 ]混合物が解釈可能かどうかを判断する際に、多くの場合、DNA 比率が最も重要な側面となります。たとえば、DNA サンプルに 2 人の寄与者がいる場合、一方の人物が寄与した DNA の比率がもう一方の人物よりもはるかに高い場合、個人のプロファイルを簡単に解釈できます。サンプルに 3 人以上の寄与者がいる場合、個人のプロファイルを決定することは非常に困難になります。幸いなことに、確率的遺伝子型判定の進歩により、将来的にそのような決定が可能になるかもしれません。確率的遺伝子型判定では、複雑なコンピュータ ソフトウェアを使用して何千もの数学的計算を実行し、混合物中に見られる個々の遺伝子型の統計的尤度を生成します。[ 44 ]
DNAデータベースの初期の応用例として、ミトコンドリアDNAコンコーダンス[ 45 ]が挙げられます。これは、1996年から1999年にかけてケンブリッジ大学のケビン・WP・ミラーとジョン・L・ドーソンによって、ミラーの博士論文の一部として収集されたデータから作成されました[ 46 ] 。現在、世界中に複数のDNAデータベースが存在します。一部は民間のものですが、最大規模のデータベースのほとんどは政府が管理しています。米国は最大のDNAデータベースを維持しており、統合DNAインデックスシステム（CODIS）は2018年5月時点で1300万件以上の記録を保持しています[ 47 ]。英国は、人口が少ないにもかかわらず、同様の規模の国立DNAデータベース（NDNAD）を維持しています。このデータベースの規模と成長率は、英国の市民自由団体に懸念を抱かせています。英国では、警察が無罪判決の場合でもサンプルを採取し保管する広範な権限を持っています。[ 48 ]保守党と自由民主党の連立政権は、2012年自由保護法第1部でこれらの懸念に部分的に対処した。同法では、特定の（主に重大なまたは性的な）犯罪を除き、容疑者が無罪になったり起訴されなかったりした場合は、DNAサンプルを削除しなければならない。高度な法医学技術（公開系図データベースを使用した遺伝子系図学やDNA表現型解析アプローチなど）の導入に関する公の議論は限定的で、まとまりがなく、焦点が定まっておらず、プライバシーと同意の問題を提起しており、追加の法的保護の確立が必要となる可能性がある。[ 49 ]
アメリカ合衆国の愛国者法は、米国政府がテロ容疑者からDNAサンプルを入手する手段を提供している。犯罪から得られたDNA情報は収集され、FBIが管理するCODISデータベースに登録される。CODISにより、法執行機関は犯罪から得られたDNAサンプルをデータベース内で照合することができ、収集されたDNA証拠に関連付けられた特定の生物学的プロファイルを見つける手段となる。[ 50 ]
犯罪現場と、データベースにDNAサンプルを提供した犯人を結びつけるために、全国的なDNAデータベースから一致が見つかった場合、そのつながりはしばしばコールドヒットと呼ばれます。コールドヒットは、警察機関が特定の容疑者を特定するのに役立つものの、DNAデータベース外から見つかったDNAの一致よりも証拠としての価値は低いものです。[ 51 ]
FBI捜査官は、犯罪で有罪判決を受けていない人物のDNAを合法的に保管することはできません。後に有罪判決を受けなかった容疑者から採取されたDNAは廃棄され、データベースに登録されてはなりません。1998年、英国在住の男性が窃盗の容疑で逮捕されました。彼のDNAが採取され検査され、その後釈放されました。9か月後、この男性のDNAが誤って違法にDNAデータベースに登録されました。新しいDNAは自動的に未解決事件で見つかったDNAと比較され、この場合、この男性は1年前に強姦と暴行事件で見つかったDNAと一致することが判明しました。その後、政府は彼をこれらの犯罪で起訴しました。裁判中、DNAの一致は違法にデータベースに登録されたため証拠から削除するよう求められました。その要求は実行されました。[ 52 ] 強姦の被害者から採取された加害者のDNAは、一致するものが見つかるまで何年も保管することができます。 2014年、この問題に対処するため、議会は州が証拠の「未処理分」に対処するのを支援する法案を延長した。[ 53 ]
植物におけるDNAプロファイリングデータベース：
PIDS:
PIDS（Plant international DNA-fingerprinting system）は、オープンソースのウェブサーバーとフリーソフトウェアに基づいた、植物の国際DNAフィンガープリンティングシステムです。
膨大な量のマイクロサテライトDNAフィンガープリントデータを管理し、遺伝子研究を実施し、収集、保管、保守を自動化すると同時に、人的ミスを減らし、効率性を向上させる。
このシステムは特定の研究室のニーズに合わせてカスタマイズできるため、植物育種家、法医学、および人間の指紋認識にとって貴重なツールとなる。
実験の記録を管理し、データを標準化し、データベース間の通信を促進する。
また、位置統計、統合、比較、遺伝子解析機能を提供することで、品種品質の規制、品種権の保護、育種における分子マーカーの使用にも役立ちます。[ 54 ]
RFLPを使用する場合、偶然の一致の理論上のリスクは1000億分の1（100,000,000,000）ですが、一卵性双生児は人類の0.2%であるため、実際のリスクは1,000分の1です。[ 55 ]さらに、実験室のエラー率はほぼ確実にそれよりも高く、実際の実験手順は、一致確率が計算された理論を反映していないことがよくあります。たとえば、2つのサンプルのマーカーがまったく同じ場所にバンドを持つ確率に基づいて一致確率が計算されるかもしれませんが、実験室の作業者は、類似しているがまったく同一ではないバンドパターンは、アガロースゲルに何らかの不完全性がある同一の遺伝子サンプルから生じると結論付けるかもしれません。しかし、その場合、実験室の作業者は一致を宣言する基準を拡大することで、一致のリスクを高めます。2000年代に行われた研究では、比較的高いエラー率が報告されており、これは懸念すべき問題かもしれません。[ 56 ]遺伝子フィンガープリンティングの初期には、一致確率を正確に計算するために必要な集団データが入手できない場合があった。1992年から1996年の間に、RFLP分析で使用される一致確率には、理論的に計算された高い値ではなく、恣意的に低い上限値が議論の的となって設定された。[ 57 ]
DNAプロファイリングは遺伝的関係の証拠として使用できるが、その証拠の強さは弱いものから確実なものまで様々である。関係がないことを示す検査は絶対に確実である。さらに、ほとんどすべての個人は単一の明確な遺伝子セットを持っているが、「キメラ」として知られる非常にまれな個人は、少なくとも2つの異なる遺伝子セットを持っている。母親が子供と血縁関係がないことを誤って示唆したDNAプロファイリングの事例が2件あった。[ 58 ]
遺伝子とそのコード配列（オープンリーディングフレーム[ORF]）の機能解析では、通常、各ORFを発現させ、コードされたタンパク質を精製し、抗体を産生し、表現型を調べ、細胞内局在を決定し、他のタンパク質との相互作用を探索する必要がある。[ 59 ]ライフサイエンス企業Nucleixが実施し、学術誌Forensic Science Internationalに掲載された研究では、科学者たちは、その人物から実際の組織を採取することなく、標準的な分子生物学的手法を用いて、任意の遺伝子プロファイルに一致するDNAのin vitro合成サンプルを構築できることを発見した。
家族DNA検索（「家族DNA」または「家族DNAデータベース検索」と呼ばれることもある）は、犯罪現場で発見されたDNA証拠（法医学プロファイル）が州のDNAデータベースにある既存のDNAプロファイル（犯罪者プロファイル）と非常に似ているが、完全に一致しない場合に、新たな捜査の手がかりを作成する手法である。[ 60 ] [ 61 ]他のすべての手がかりが尽きた後、捜査官は特別に開発されたソフトウェアを使用して、法医学プロファイルを州のDNAデータベースから取得したすべてのプロファイルと比較し、法医学プロファイルのDNAを持つ個人の非常に近しい親族である可能性が最も高い、データベースに既に登録されている犯罪者のリストを作成することがある。[ 62 ]
家族DNAデータベース検索は、2003年7月4日にイギリスでジェフリー・ガフォーがリネット・ホワイトを殺害した事件の有罪判決につながる捜査で初めて使用された。その1年前、南ウェールズ警察は、11年前に死亡した3人殺害犯ジョセフ・ウィリアム・カッペンを特定するために家族DNA照合を使用していた。DNA証拠はガフォーの甥と一致したが、その甥は14歳で、1988年の殺人事件当時はまだ生まれていなかった。2004年[ 63 ]にも、高速道路の橋からレンガを投げてトラック運転手に当たり、彼を殺害した男を見つけるために再び使用された。レンガから見つかったDNAは、その日の早い時間に自動車盗難の現場で見つかったものと一致したが、全国DNAデータベースには良い一致がなかった。より広範囲の検索により、ある人物との部分的な一致が見つかった。尋問を受けたこの男は、最初の犯罪現場のすぐ近くに住むクレイグ・ハーマンという兄弟がいることを明かした。ハーマンは自発的にDNAサンプルを提出し、それがレンガのサンプルと一致した際に自白した。[ 64 ] 2011年現在、米国では家族DNAデータベース検索は全国レベルでは実施されておらず、州が家族検索の方法と時期を決定している。米国で有罪判決に至った最初の家族DNA検索は、 2008年にコロラド州デンバーで、デンバー地方検事ミッチ・モリッシーとデンバー警察署犯罪研究所所長グレッグ・ラバージの指導の下で開発されたソフトウェアを使用して実施された。 [ 65 ]カリフォルニア州は、当時司法長官で後に知事となったジェリー・ブラウンの下で、家族検索の方針を最初に実施した州である。 [ 66 ]カリフォルニア州司法省の家族検索ワーキンググループのコンサルタントとしての役割を担った元アラメダ郡検事ロック・ハーモンは、カリフォルニア州における家族検索技術の採用の触媒となったと広く考えられている。この技術は、2010年に「グリム・スリーパー」として知られるロサンゼルスの連続殺人犯を逮捕するために使用された。[ 67 ]20年以上警察の追跡を逃れていた連続殺人犯「グリム・スリーパー」の正体を警察に知らせたのは、目撃者や情報提供者ではなく、容疑者の息子のDNAだった。容疑者の息子は前年に重罪の武器所持で逮捕され有罪判決を受け、DNA採取を受けていた。彼のDNAが有罪判決を受けた重罪犯のデータベースに登録されると、刑事たちは「グリム・スリーパー」の犯行現場で見つかった証拠と部分的に一致することに気づいた。グリム・スリーパーとしても知られるデビッド・フランクリン・ジュニアは、10件の殺人罪と1件の殺人未遂罪で起訴された。[ 68 ]さらに最近では、家族のDNAが、 2008年にサンタクルーズで女性を性的暴行し不法監禁した容疑で21歳のエルビス・ガルシアの逮捕につながった。 [ 69 ] 2011年3月、バージニア州知事ボブ・マクドネルは、バージニア州が家族のDNA検索の使用を開始すると発表した。[ 70 ]
2011年3月7日にバージニア州で行われた東海岸レイピストに関する記者会見で、プリンスウィリアム郡検察官のポール・エバートとフェアファックス郡警察の刑事ジョン・ケリーは、バージニア州が家族DNA検索を使用していれば、この事件は何年も前に解決していたはずだと述べた。東海岸レイピストの容疑者であるアーロン・トーマスは、バージニア州からロードアイランド州にかけての17人の女性に対するレイプに関連して逮捕されたが、この事件では家族DNAは使用されなかった。[ 71 ]
家族DNAデータベース検索の批判者は、この手法は個人の憲法修正第4条の権利の侵害であると主張している。[ 72 ]プライバシー擁護者は、DNAデータベースの制限を請願しており、犯罪者や逮捕者の親族とのDNAの一致の可能性を検索する唯一の公平な方法は、人口全体のDNAデータベースを持つことであると主張している。[ 52 ]一部の学者は、家族検索を取り巻くプライバシーの懸念は、他の警察の捜索手法といくつかの点で類似していると指摘しており、[ 73 ]ほとんどの学者はこの慣行は合憲であると結論付けている。[ 74 ]米国対プール事件（無効として破棄）の第9巡回控訴裁判所は、この慣行は、ある人物の写真を見た目撃者が犯人に似ていると述べ、それを受けて法執行機関が目撃者に似た人物の写真を見せ、そのうちの1人が犯人であると特定するのといくらか類似していると示唆した。[ 75 ]
批評家たちは、家族のDNA検査によって人種プロファイリングが発生する可能性があるとも述べている。米国では、人種的マイノリティの有罪判決率は全人口の有罪判決率よりもはるかに高い。これが、マイノリティの間で犯罪率が単純に高いことではなく、警察官や裁判所による差別によるものかどうかは不明である。米国の大部分で見られる逮捕に基づくデータベースは、さらに大きなレベルの人種差別につながる。逮捕は、有罪判決とは異なり、警察の裁量に大きく依存している。[ 52 ]
例えば、デンバー地方検事局の捜査官は、家族DNA検索を用いて窃盗事件の容疑者を特定することに成功した。この例では、容疑者の犯行現場に残された血液が、コロラド州矯正局の現職受刑者の血液と非常によく似ていた。[ 65 ]
部分的なDNA一致は、中程度の厳密さのCODIS検索の結果であり、すべての遺伝子座で少なくとも1つの対立遺伝子を共有する可能性のある一致を生成します。[ 76 ]部分的な一致は、英国や米国で使用されているような家族検索ソフトウェアや追加のY-STR分析を伴わないため、兄弟関係を見逃すことがよくあります。部分的な一致は、両国でいくつかの事件の容疑者を特定するために使用されており[ 77 ]、また、冤罪で告発された人を無罪にするためのツールとしても使用されています。ダリル・ハントは、 1984年にノースカロライナ州で若い女性の強姦と殺人に関連して誤って有罪判決を受けました。[ 78 ]
警察は容疑者の知らないうちにDNAサンプルを採取し、それを証拠として使用することができます。この行為の合法性はオーストラリアで疑問視されています。[ 79 ]
米国では、プライバシーの期待は存在しないと裁判所が判断することが多く、カリフォルニア州対グリーンウッド事件（1988年）を引用している。この事件では、最高裁判所が、第4修正条項は、家の敷地外に収集のために残されたゴミの令状なしの捜索と押収を禁止していないと判断した。この慣行の批判者は、この類推は「ほとんどの人は、例えば使用済みのコーヒーカップを処分しないことで、自分の遺伝的アイデンティティを警察に明け渡すリスクがあることに気づいていない。さらに、たとえそれに気づいたとしても、自分のDNAを公共の場に残すことを避ける方法はない」という事実を無視していると強調している。[ 80 ]
米国最高裁判所は、メリーランド州対キング事件（2013年）において、重大犯罪で逮捕された囚人のDNAサンプル採取は合憲であるとの判決を下した。[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]
英国では、2004年人体組織法により、個人がDNA分析のために生物学的サンプル（毛髪、爪など）を秘密裏に収集することは禁止されているが、医療および犯罪捜査は禁止の対象外となっている。[ 84 ]
DNAサンプルを比較した専門家の証拠には、サンプルの出所とDNAプロファイルの取得手順に関する証拠を添付しなければならない。[ 85 ]裁判官は、陪審員がプロファイルにおけるDNAの一致と不一致の意味を理解していることを確認しなければならない。裁判官はまた、陪審員が一致確率（無作為に選ばれた人物が現場のサンプルと一致するDNAプロファイルを持つ確率）と、一致するDNAを持つ人物が犯罪を犯した確率を混同しないようにしなければならない。1996年のR v. Doheny [ 86 ]
陪審員は、混乱、誤解、誤判断を避けるために、ベイズの定理などの数学的公式を使用するのではなく、自身の常識を使用して、相反する証拠と裏付けとなる証拠を比較検討すべきである。 [ 87 ]
R v Bates事件[ 88 ]において、ムーア＝ビック判事は次のように述べた。
部分的なDNAプロファイル証拠が、陪審員にその固有の限界を周知させ、評価するための十分な説明を与える限り、証拠として認められない理由は見当たりません。検査されたすべてのサンプルとの一致確率が非常に高いため、裁判官がその証拠価値を最小限と判断し、裁量権を行使して証拠を除外するケースもあるかもしれませんが、これは新たな原則上の問題を引き起こすものではなく、個々のケースごとに判断されるべきです。しかし、すべての部分的なプロファイル証拠において、「欠落した」対立遺伝子によって被告人が完全に無罪となる可能性があるという事実は、そのような証拠を拒否する十分な根拠にはなりません。多くの場合、（少なくとも理論上は）被告人を助け、場合によっては完全に無罪とする証拠が存在する可能性はありますが、それは入手可能で、その他の点では証拠として認められる関連証拠を排除する根拠にはなりません。ただし、陪審員がその証拠を適切に評価できるよう、十分な情報を提供することは重要です。[ 89 ]
アメリカ合衆国の50州すべてにDNAプロファイリングに関する州法が存在する。[ 90 ]各州のデータベース法に関する詳細情報は、全米州議会会議のウェブサイトで確認できる。[ 91 ]
2009年8月、イスラエルの科学者たちは、法執行機関によるDNAを究極の身元確認方法として使用することに深刻な疑問を呈した。法医学国際誌「遺伝学」に掲載された論文で、イスラエルの研究者たちは、実験室でDNAを製造し、DNA証拠を偽造することが可能であることを実証した。科学者たちは、本来は血液や唾液の提供者とされる人物とは別の人物のDNAを含む唾液と血液のサンプルを偽造した。[ 92 ]
研究者らはまた、DNAデータベースを使用することで、プロファイルから情報を取得し、それに一致するDNAを製造することが可能であり、複製するDNAの持ち主の実際のDNAにアクセスすることなくこれを行うことができることを示した。この手順に必要な合成DNAオリゴは、分子生物学研究室では一般的である。[ 92 ]
ニューヨーク・タイムズ紙は、筆頭著者のダニエル・フルムキン氏の「犯罪現場を捏造することは簡単にできる…生物学の学部生なら誰でもできることだ」という発言を引用した。 [ 92 ]フルムキン氏は、本物のDNAサンプルと偽物のDNAサンプルを区別できる検査法を完成させた。彼の検査法は、特にDNAメチル化などのエピジェネティック修飾を検出する。 [ 93 ]人間のゲノムのDNAの70%はメチル化されており、これはCpGジヌクレオチド配列内にメチル基修飾が。プロモーター領域のメチル化は遺伝子サイレンシングと関連している。合成DNAにはこのエピジェネティック修飾がないため、この検査法は製造されたDNAと本物のDNAを区別することができる。 [ 92 ]
現在、この検査を使用している警察署がいくつあるかは不明である。警察の研究所は、DNA鑑定結果の検証にこの新しい検査を使用していることを公に発表していない。[ 94 ]
東京大学の研究者らは、人工DNA複製スキームを再構築した遺伝子発現システムおよび細胞フリー材料のみを使用したマイクロコンパートメント化と初めて統合した。マイクロスケールの油中水滴に含まれるシステムで、連続希釈の複数サイクルが実行された。[ 95 ]
意図的にDNAを変化させる可能性
総じて、この研究で開発された、自己コード化タンパク質を用いて自己複製を続け、配列を自ら改良していく人工ゲノムDNAは、より複雑な人工細胞を作るための良い出発点となる。転写と翻訳に必要な遺伝子を人工ゲノムDNAに加えることで、将来的にはアミノ酸やヌクレオチドなどの小分子を与えられた際に自ら成長できる人工細胞を作ることが可能になるかもしれない。医薬品や食品などの有用なものを生物を用いて作る場合、これらの人工細胞ではより安定し、制御も容易になるだろう。[ 95 ]
2008年7月7日、米国化学会は、日本の化学者たちが、ほぼ完全に合成成分で構成された世界初のDNA分子を作り出したと発表した。
遺伝子制御のためのナノ粒子ベースの人工転写因子：
Nano Scriptは、転写因子の構造と機能を再現することを目的としたナノ粒子ベースの人工転写因子です。金ナノ粒子上に、さまざまな転写因子ドメインを模倣した機能性ペプチドと合成転写因子と呼ばれる微小分子を結合させてNano Scriptを作成しました。Nano Scriptは核に局在し、レポータープラスミドの転写を15倍以上開始することが示されました。さらに、Nano Scriptは非ウイルス的な方法で標的遺伝子を内因性DNAに正常に転写することができます。[ 96 ]
赤、緑、青の3種類の蛍光色素をDNAロッド表面に慎重に固定し、空間情報を提供してナノスケールのバーコードを作成しました。落射蛍光顕微鏡と全反射蛍光顕微鏡により、蛍光色素間の空間情報を確実に解読できました。DNAロッド上で3種類の蛍光色素を移動させることで、このナノスケールのバーコードから216種類の蛍光パターンが生成されました。[ 97 ]
DNA検査は、英国の爵位継承権を確立するために使用されてきた。[ 134 ]
事例：
1980年代から1990年代初頭にかけて用いられた法医学DNA検査および解釈の原型は、「DNA戦争」の期間中に多くの批判にさらされた。その歴史については、他の研究者によって詳しく述べられている（Kaye, 2010; Lynch et al., 2008; 第1章参照）。しかし、これらの初期の手法は、法医学DNA分析においてPCRベースのSTR離散アレルタイピングに取って代わられた。現在、裁判所は、DNA増幅のためのPCRプロセスと、アレルを識別および比較するためのSTRベースのシステムの両方を、一般的に信頼できるものとして広く受け入れている（Kaye, 2010, pp. 190–191）。
