法医DNA鑑定

🧠 全体像：法医DNA鑑定 forensic DNA analysis 法医DNA鑑定（forensic DNA analysis） forensic DNA analysis（法医DNA鑑定） の目的は疾患遺伝子の解析ではなく個人識別personal identification個人識別（personal identification）personal identification（個人識別）であり、個人差individual variation 個人差（individual variation）individual variation（個人差） の大きい多型マーカー polymorphic marker 多型マーカー（polymorphic marker） polymorphic marker（多型マーカー） を対象とする。その中心が短鎖タンデム反復 short tandem repeats, STR 短鎖タンデム反復（short tandem repeats, STR） short tandem repeats, STR（短鎖タンデム反復） （STR）である。核DNAnuclear DNA 核DNA（nuclear DNA）nuclear DNA（核DNA） （nDNA）を第一選択とし、量・質が不十分な場合は母系遺伝 maternal inheritance 母系遺伝（maternal inheritance） maternal inheritance（母系遺伝） するミトコンドリアDNA mitochondrial DNA ミトコンドリアDNA（mitochondrial DNA） mitochondrial DNA（ミトコンドリアDNA） （mtDNA）に加え、SNPやInDelなど短い断片で解析できるマーカーを状況に応じて用いる。DNA型は比較する相手があって初めて意味を持つ。

PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）とDNA分析

• ポリメラーゼ連鎖反応polymerase chain reaction, PCRポリメラーゼ連鎖反応（polymerase chain reaction, PCR）polymerase chain reaction, PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）はDNA分析に不可欠な技術であり、特定のDNA配列を高感度に増幅できる。ただし増幅効率はDNA量・分解の程度・阻害物質の影響を受け、分解検体では得られる増幅産物の長さそのものが制限される。¹
• 使用するプライマー対primer pairプライマー対（primer pair）primer pair（プライマー対）が、増幅される配列の境界を決定する。

💡 法医DNA鑑定forensic DNA analysis 法医DNA鑑定（forensic DNA analysis）forensic DNA analysis（法医DNA鑑定） の目的は、疾患の原因遺伝子 causative gene 原因遺伝子（causative gene） causative gene（原因遺伝子） を調べる臨床遺伝学とは根本的に異なり、個人識別personal identification個人識別（personal identification）personal identification（個人識別）にある。そのため対象は個体間差の大きい多型マーカーpolymorphic marker多型マーカー（polymorphic marker）polymorphic marker（多型マーカー）で、中心はSTRだが、目的や検体の状態に応じてSNP・InDel・microhaplotypeなども用いられる。

⚠️ 「コード配列coding sequence コード配列（coding sequence）coding sequence（コード配列） は一切調べない」と単純化しない。近年は次世代シーケンサー next-generation sequencer 次世代シーケンサー（next-generation sequencer） next-generation sequencer（次世代シーケンサー） （NGS／大規模並列シーケンスmassively parallel sequencing大規模並列シーケンス（massively parallel sequencing）massively parallel sequencing（大規模並列シーケンス））により、STRの長さだけでなく配列多型も読まれるようになっており、対象は長さの多型から配列情報へ広がっている。²

検体の質・量に関する課題

• 親子鑑定paternity test 親子鑑定（paternity test）paternity test（親子鑑定） などの遺伝学的検査では、血液や唾液など保存状態の良い検体が一般に入手可能である。
• 一方、生物学的痕跡の検査や身元不明unidentified 身元不明（unidentified）unidentified（身元不明） 遺体の識別では、以下のような問題がしばしば生じる。
  • DNA量が極めて少量
  • DNAの保存状態不良
  • PCR阻害物質の混入

検体の保存・汚染対策と検査の流れ

• nDNAは染色体の形で安定で、検体と環境によっては数年にわたり使える。数千年前のミイラでは、授業はmtDNAしか得られないとする（下の⚠️で補足）。
• 検体は乾燥した状態か低温（冷凍庫）で保存する。理想は−80℃の冷凍である。不適切な保存では、細菌や真菌のDNaseによりDNAが分解し、使えなくなる。死後post-mortem 死後（post-mortem）post-mortem（死後） はDNAの修復が止まり、細胞内のヌクレアーゼと微生物でDNAが断片化 fragmentation 断片化（fragmentation） fragmentation（断片化） し、その程度は温度・湿度・紫外線・pHなどに強く依存する。¹
• 汚染対策として、マスク・手袋・ヘアネットを着ける。会話中の微小な唾液の飛沫 respiratory droplets 飛沫（respiratory droplets） respiratory droplets（飛沫） でも検体を汚染する。事故に備え、検査者自身のDNA型を把握 grasp 把握（grasp） grasp（把握） しておく。

flowchart TD
    A["DNAの抽出<br>検体の種類により方法が異なる"] --> B["PCRの準備<br>試料DNA・ヌクレオチド・酵素・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fluorescent label'>蛍光標識</span>つきプライマーをキットで混ぜる"]
    B --> C["PCR<br>選んだ領域を指数的に増幅する"]
    C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='capillary electrophoresis'>キャピラリー電気泳動</span><br>レーザーで励起した蛍光の時間・色・強度を検出する"]
    D --> E["プログラムがキットの情報と照合して型を出す"]
    E --> F["プロファイルを比較する"]

DNAの所在：核DNA（nDNA）とミトコンドリアDNA

• DNAは核とミトコンドリアの両方に存在する。
• 法医遺伝学では核DNAnuclear DNA 核DNA（nuclear DNA）nuclear DNA（核DNA） とミトコンドリアDNA mitochondrial DNA ミトコンドリアDNA（mitochondrial DNA） mitochondrial DNA（ミトコンドリアDNA） の両方を鑑定に利用できる。
• 第一選択はnDNAだが、量・質が不十分な場合はmtDNAに加え、SNP・InDel・miniSTRなど短い断片を標的とする手法を状況に応じて用いる。¹

flowchart TD
    A["検体からDNA鑑定を行う"] --> B{"nDNAの量・質は十分か"}
    B -->|"十分"| C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='nuclear DNA'>核DNA</span>（nDNA）で鑑定"]
    B -->|"不十分"| D["mtDNA、SNP、InDel、miniSTRなど<br>短い断片を標的とする手法へ"]

💡 mtDNAは母系にのみ遺伝し、1細胞あたりのコピー数 copy number コピー数（copy number） copy number（コピー数） がnDNAよりはるかに多いため、高度に腐敗・断片化fragmentation 断片化（fragmentation）fragmentation（断片化） した検体でも検出できることがある。ただしmtDNAは母系の血縁者 blood relative 血縁者（blood relative） blood relative（血縁者） 間で共通のため、個人識別能discriminating power 個人識別能（discriminating power）discriminating power（個人識別能） はnDNAより劣る。

💡 二者択一とは限らない。 大規模並列シーケンスmassively parallel sequencing 大規模並列シーケンス（massively parallel sequencing）massively parallel sequencing（大規模並列シーケンス） により、アメロゲニンamelogeninアメロゲニン（amelogenin）amelogenin（アメロゲニン）・STR・SNP・mtDNA超可変領域 hypervariable region, HV 超可変領域（hypervariable region, HV） hypervariable region, HV（超可変領域） を一反応で同時に判定する系が実用化されている。毛球hair bulb 毛球（hair bulb）hair bulb（毛球） の無い毛幹 hair shaft 毛幹（hair shaft） hair shaft（毛幹） 370本の検討では、mtDNAの読み取り深度が毛根側から遠位へ漸減 tapering 漸減（tapering） tapering（漸減） するのに対し、核DNAnuclear DNA 核DNA（nuclear DNA）nuclear DNA（核DNA） の深度は毛幹 hair shaft 毛幹（hair shaft） hair shaft（毛幹） に沿って比較的一定だった。部位による深度の違いが見られたのはmtDNAのほうである。³

検体の種類

⚠️ 授業資料との差（毛）：授業は「毛球hair bulb 毛球（hair bulb）hair bulb（毛球） の無い毛にはnDNAが無い」とするが、毛幹hair shaft 毛幹（hair shaft）hair shaft（毛幹） にも高度に断片化 fragmentation 断片化（fragmentation） fragmentation（断片化） した核DNA nuclear DNA 核DNA（nuclear DNA） nuclear DNA（核DNA） は残る。上の毛幹 hair shaft 毛幹（hair shaft） hair shaft（毛幹） の検討では、毛幹hair shaft 毛幹（hair shaft）hair shaft（毛幹） から核DNA nuclear DNA 核DNA（nuclear DNA） nuclear DNA（核DNA） も読み取られ、型判定の成功率は抽出法で異なった。ただし断片化 fragmentation 断片化（fragmentation） fragmentation（断片化） のため、キャピラリー電気泳動capillary electrophoresis キャピラリー電気泳動（capillary electrophoresis）capillary electrophoresis（キャピラリー電気泳動） によるSTR型判定は難しい。³

⚠️ 授業資料との差（ミイラ）：授業は「数千年前のミイラで得られるのはmtDNAだけ」とするが、古代DNA研究では核DNA nuclear DNA 核DNA（nuclear DNA） nuclear DNA（核DNA） も得られている。エジプトのミイラでは、90のミトコンドリアゲノム mitochondrial genome ミトコンドリアゲノム（mitochondrial genome） mitochondrial genome（ミトコンドリアゲノム） に加えて3人分のゲノムワイドのデータが報告された。⁴ 保存不良のため全ゲノムの解読は長く不可能とされてきたが、紀元前2855〜2570年頃の男性1人で全ゲノム（2倍のカバレッジ）が報告されている。⁵ いずれも古代DNA研究で、現代の鑑定の検体と同列には扱えない。

DNA鑑定の用途と限界

⚠️ DNA鑑定は万能ではない。 nDNAでもmtDNAでも、比較する対象が常に必要である。現場の資料のDNA型が一致しても、そのDNAを残した人が事件に関係するとは限らない（例：路上の吸い殻）。身元不明unidentified 身元不明（unidentified）unidentified（身元不明） の骨格遺体では、比べる候補そのものを絞る作業（性別・年齢・身長などの生物学的プロファイル）が先に要る。→ 法人類学：骨格遺体の生物学的プロファイルと回収

短鎖タンデム反復とその他のマーカー

• 短鎖タンデム反復short tandem repeats, STR短鎖タンデム反復（short tandem repeats, STR）short tandem repeats, STR（短鎖タンデム反復）は、現代の法医DNA鑑定 forensic DNA analysis 法医DNA鑑定（forensic DNA analysis） forensic DNA analysis（法医DNA鑑定） の中心をなすマーカーである。キャピラリー電気泳動capillary electrophoresis キャピラリー電気泳動（capillary electrophoresis）capillary electrophoresis（キャピラリー電気泳動） （CE）による長さの判定が長く標準だが、近年はNGS／大規模並列シーケンスmassively parallel sequencing 大規模並列シーケンス（massively parallel sequencing）massively parallel sequencing（大規模並列シーケンス） による配列ベースの解析へ広がっている。²
• 特殊な場合には、性染色体gonosome 性染色体（gonosome）gonosome（性染色体） 上のSTRであるX-STR・Y-STRに加え、X-InDelやY-SNP／Y-InDelなどの性染色体 gonosome 性染色体（gonosome） gonosome（性染色体） マーカーを調べる。
• 保存状態が不良な検体には、より短い断片で解析可能な一塩基多型single-nucleotide polymorphisms, SNP一塩基多型（single-nucleotide polymorphisms, SNP）single-nucleotide polymorphisms, SNP（一塩基多型）やInDelが利用できる。SNPは対立遺伝子多様性が高く短い増幅産物で済むため、断片化fragmentation 断片化（fragmentation）fragmentation（断片化） した鋳型ではSTRより有利である。¹
• 挿入／欠失多型insertion/deletion polymorphism (indel)挿入／欠失多型（insertion/deletion polymorphism (indel)）insertion/deletion polymorphism (indel)（挿入／欠失多型）は、STRとSNPの中間的な性質を持つマーカーで、一般に低変異率・短い増幅産物・スタター（分裂ピーク）が出ない・CEと互換という利点がある。InDel 57座位を含む多重系の検証では、人為的に分解させた検体で検出できた対立遺伝子数が、同じ検証で比べたSTRキットのAGCU 21+1を上回った。⁶

STR座位の特徴

• 全染色体に分布し、遺伝子の働きに関わらないイントロン（非コード）領域にある。座位名の例は SE33、D22S1045、vWA である。
• 2〜7塩基の配列の繰り返しで、法医学forensic medicine 法医学（forensic medicine）forensic medicine（法医学） では主に4塩基の反復を使う。反復回数がアレルの番号になる。
• メンデルMendel メンデル（Mendel）Mendel（メンデル） の法則に従い、座位ごとに母由来と父由来の2コピーをもつ。同じ番号のアレルが2つならホモ接合、異なればヘテロ接合 heterozygous ヘテロ接合（heterozygous） heterozygous（ヘテロ接合） である。親子鑑定paternity test 親子鑑定（paternity test）paternity test（親子鑑定） に使え、身元不明unidentified 身元不明（unidentified）unidentified（身元不明） 遺体では血縁者 blood relative 血縁者（blood relative） blood relative（血縁者） の試料も比較に使える。

混合試料の読み方

複数の人のDNAが混じった試料では、1つの座位に3つ以上のアレルが出る。1人が1座位に持つアレルは最大2つだからである。

• 容疑者のアレルがすべての座位で証拠のアレルに含まれるなら、この人を混合試料の寄与者から除外できない（上の表は一部の座位だけを示す）。
• 寄与者の最小人数 number of people 人数（number of people） number of people（人数） は、座位あたりの最大アレル数を2で割って切り上げた数で見積もる。この例では D3S1358 に6アレルがあり、少なくとも3人分のDNAが混じっている。

⚠️ 「アレルが含まれる」ことは「同一人物である」ことを意味しない。除外できないことの重みは、アレルの頻度に基づく確率（尤度比）で評価する。

データベースと性別の判定

• 既知のプロファイル（犯罪者など）をデータベースに保管し、事件どうしを結びつける。国際的な協定により、国境を越えた照合もある。
• CODIS（Combined DNA Index System）は米国FBIが運用する制度である。米国の参加研究所が使うコアSTR座位は、2017年1月に原型の13座位から20座位へ拡張された。追加されたのは D1S1656・D2S441・D2S1338・D10S1248・D12S391・D19S433・D22S1045 の7座位である。⁷
• 日本の警察のDNA型鑑定は、STRの繰り返し回数の個人差 individual variation 個人差（individual variation） individual variation（個人差） を使うSTR型検査法が主である。特に高度な専門的知識・技術が必要な鑑定は、都道府県警察の依頼で警察庁の科学警察研究所が行う。被疑者suspect 被疑者（suspect）suspect（被疑者） から採取した資料の記録と、犯人が現場に残したと認められる資料の記録をデータベースに登録して犯人の割り出しに使い、変死者等・死体・特異行方不明者等の記録は身元確認用に登録している。⁸
• アメロゲニンamelogeninアメロゲニン（amelogenin）amelogenin（アメロゲニン）は性染色体 gonosome 性染色体（gonosome） gonosome（性染色体） の識別に使う。XとYの両方があるか、Xだけかを見る。X0やXXYなどの性染色体 gonosome 性染色体（gonosome） gonosome（性染色体） の異常は区別できない。

⚠️ 授業資料との差：授業は「ハンガリーではCODIS（20座位）」とするが、CODISは米国の制度であり、各国のデータベースの座位の構成は国ごとに異なる。座位数は国や運用の時期で変わるため、「国のデータベース＝20座位」と一般化しない。

性染色体のSTR

• 性染色体gonosome 性染色体（gonosome）gonosome（性染色体） 上のSTRをX-STR・Y-STRと呼ぶ。座位名にXまたはYが含まれる（例：G_DYS19、R_DYS437）。
• Y-STRは父系に遺伝し、世代を経てすべての息子に伝わる。そのため同じY-STR型をもつ人が複数いる。個人識別personal identification 個人識別（personal identification）personal identification（個人識別） には向かない。
• 欠損型父権鑑定は、申立父が不在または死亡している場合の鑑定で、Y-STRなどが使われる。

親子鑑定

ある人が子の親（通常は父）である確率を求め、父権を肯定または否定する。評価は尤度比の原則（父権指数）に基づく。⁹ 計算値は、すべてのSTR座位での申立父と子（母が既知なら母も）のホモ接合・ヘテロ接合heterozygous ヘテロ接合（heterozygous）heterozygous（ヘテロ接合） と、集団でのアレルの頻度で決まる。

flowchart TD
    A["子のアレルのうち、母由来のものを特定する"] --> B{"子はその座位で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='heterozygous'>ヘテロ接合</span>か"}
    B -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='heterozygous'>ヘテロ接合</span>"| C["もう一方のアレルを申立父のアレルの中に探す"]
    B -->|"ホモ接合"| D["同じアレルを申立父のアレルの中に探す"]
    C --> E["すべての座位で繰り返す"]
    D --> E

母のプロファイルが不明な場合は、申立父と子のアレルの一致をすべての座位で探す。この場合は確率の計算の方法が異なる。

⚠️ 授業資料との差：授業は父権を肯定する確率をハンガリーの値として「99.98%超」とするが、肯定の基準値 baseline / reference value 基準値（baseline / reference value） baseline / reference value（基準値） は国や検査機関で異なる。一般的な値としては扱わない。

ミトコンドリアDNA

解析は、Dループ（調節領域）の超可変領域 hypervariable region, HV 超可変領域（hypervariable region, HV） hypervariable region, HV（超可変領域） であるHV-I・HV-II、ときにHV-IIIの塩基配列を決め、改訂ケンブリッジ bridge (bridging therapy) ブリッジ（bridge (bridging therapy)） bridge (bridging therapy)（ブリッジ） 参照配列との差で表す。例えば「16519 T>C」は、mtDNAの16519番目の塩基がTからCへ置換した一塩基多型 single-nucleotide polymorphisms, SNP 一塩基多型（single-nucleotide polymorphisms, SNP） single-nucleotide polymorphisms, SNP（一塩基多型） を表す。Cが連続するポリC鎖の有無も記載する。

⚠️ 授業資料との差：授業はmtDNAを「エクソンのみでイントロンなし」とする一方、解析するDループは非コードの調節領域であり、両者は食い違う。mtDNAの遺伝子にイントロンは無いが、法医学forensic medicine 法医学（forensic medicine）forensic medicine（法医学） で解析するDループは遺伝子ではない領域である。

家系でのY染色体とmtDNAの伝わり方

flowchart TD
    A["祖父<br>Y染色体：祖父型"] -->|"Y染色体（父系）"| C["息子<br>祖父と同じY・祖母と同じmtDNA"]
    B["祖母<br>mtDNA：祖母型"] -->|"mtDNA（母系）"| C
    B -->|"mtDNA（母系）"| D["娘<br>祖母と同じmtDNA"]
    C -->|"Y染色体"| E["息子の男児<br>祖父と同じY。mtDNAは別"]
    C -.->|"mtDNAは伝わらない"| F["息子の女児<br>Y・祖母のmtDNAとも伝わらない"]
    D -->|"mtDNA（母系）"| G["娘の男児<br>祖母と同じmtDNA"]
    D -->|"mtDNA（母系）"| H["娘の女児<br>祖母と同じmtDNA"]

授業の家系図 pedigree 家系図（pedigree） pedigree（家系図） は、同じ家系にSTRのアレルの例も重ねている。常染色体のSTRでは両親から1本ずつ受け継ぐので、祖父（2／5）と祖母（1／2）の息子は、父から5、母から1を受け継いで1／5になる。Y染色体（父系）とmtDNA（母系）は、このアレルの受け継ぎとは別の経路で伝わる。

今後の法医遺伝学

すでに可能だが、まだ広くは使われていない検査である。

⚠️ 外見の推定は、色によって精度が違う。北ドイツの155人の評価では、皮膚と毛髪の色より目の色のほうが確実に判定でき、茶色と青は感度94.7%・98.5%だったが、中間色の目の色は感度0%だった。¹⁴

まとめ

• 法医DNA鑑定forensic DNA analysis 法医DNA鑑定（forensic DNA analysis）forensic DNA analysis（法医DNA鑑定） の目的は個人識別 personal identification 個人識別（personal identification） personal identification（個人識別） であり、個人差individual variation 個人差（individual variation）individual variation（個人差） の大きい多型マーカー polymorphic marker 多型マーカー（polymorphic marker） polymorphic marker（多型マーカー） （主にSTR）を対象とする。NGSの普及により、STRの長さだけでなく配列多型も読まれるようになっている。DNA型は比較する相手があって初めて意味を持ち、現場のDNAが一致しても事件への関与を意味しない。
• 核DNAnuclear DNA 核DNA（nuclear DNA）nuclear DNA（核DNA） （nDNA）を第一選択とし、量・質が不十分な場合はmtDNAに加え、SNP・InDel・miniSTRなど短い断片を標的とする手法を用いる。両者を一反応で同時に判定する系も実用化されている。検体は乾燥・低温で保存し、汚染を防ぐ。
• STRが解析の中心であり、性染色体gonosome 性染色体（gonosome）gonosome（性染色体） STR（X-STR／Y-STR）、SNP、InDel多型は検体の状態や目的に応じて使い分ける。分解検体では短い断片で済むSNPやInDelが有利とされる。日常業務はSTR-CE、複雑な事案にNGSやSNPアレイという併用が現実的な形とされている。
• 混合試料は1座位に3つ以上のアレルが出る。親子鑑定paternity test 親子鑑定（paternity test）paternity test（親子鑑定） は尤度比で評価し、Y-STRは父系、mtDNAは母系にのみ伝わるため個人識別 personal identification 個人識別（personal identification） personal identification（個人識別） には向かない。CODISは米国の制度で、コア座位は2017年に20座位になった。