DNA“完全”相同，谁才是真凶？

最近微信改版，容易找不到尹哥的文章，大家记得把尹哥设为星标⭐️ 哦~

看过电视剧《白夜追凶》的人都知道，这部悬疑剧的一大亮点就是双胞胎设定。哥哥关宏峰是当地警队的得力干将，弟弟关宏宇是一起灭门惨案的通缉嫌犯。为了洗脱罪名，弟弟和患有黑暗恐惧症的哥哥在夜晚替换身份，共同调查灭门案的真相。

△ 来源：电视剧《白夜追凶》

这两人不仅仅是双胞胎，还是比较罕见的同卵双胞胎，长相酷似，加上两人伪装得十分谨慎，一开始连朝夕相处的警局同事都没意识到不对劲。

剧中的弟弟关宏宇说，就算是做亲子鉴定也分不出兄弟俩。

△ 来源：电视剧《白夜追凶》

双胞胎按照受精卵形成的方式，可以分为同卵双胞胎和异卵双胞胎。前者是由同一个受精卵分裂而来，理论上DNA完全相同，目前常规的亲子鉴定的确很难区分两人。

不过，正如世界上没有两片完全相同的树叶，世界上也没有完全一样的两个个体，即使是同卵双胞胎也不例外。考虑到不同细胞DNA的突变，甚至同一个人的不同细胞也有可能不相同，通过其他技术手段是可以区分同卵双胞胎的，关键就在于找到他们的DNA序列差异。

那么，假如现实生活中发生同卵双胞胎犯罪案件，怎么确定案发现场的DNA是来自同卵双胞胎中的哪一个呢？如果其中一方为了兄弟情出来“顶包”怎么办？

此前国内外有过涉及同卵双胞胎的案子，因为警方难以在两者的DNA上找到差别，导致案发现场的关键生物证据难以发挥作用，不能为案件侦查提供有力线索。

近年来，越来越多的研究表明同卵双胞胎在核基因组、表观遗传学、蛋白质水平等方面存在一定的差异，这使得区分同卵双胞胎不再是难题。

01

更精密的基因测序技术

冰岛科学家发现，同卵双胞胎的遗传物质并非完全一致，他们平均相差5.2个早期发育突变。从发育的最早期阶段开始，遗传突变就会开始累积，也就是说双胞胎中的一个人可能从很早开始就拥有了对方没有的突变。[1]

常规的DNA鉴定技术，包括短串联重复序列（STR）和单核苷酸多态性（SNP）分析等，通常探查不到这些变异，因为这些技术检测的对象只是DNA的一小段。但如果对整个基因组测序，这些变异就会被检测出来。

要知道，十多年前全基因组测序的成本高达上百万美元，是一个十分惊人的数字。

2012年，法国马赛地区连续发生6起强奸案，警方调查后锁定了一对同卵双胞胎兄弟。虽然专家从犯罪现场留下的体液证据中提取出了嫌疑人的DNA，但兄弟俩与嫌疑人的STR分型结果均完全一致，这份证据并不能将凶手定罪。

专家告诉警方，通过更精密的基因测序可以区分这对同卵双胞胎兄弟，但在当年这项检测费用高达120万澳元（约人民币764万元），远远超出警方的办案成本。好在有受害者回忆起作案者有“口吃”的细节，警方最终确定了幕后元凶。

人类基因组计划过去了20多年，随着核心工具自主可控与核心技术的不断进步，基因测序通量及成本以 “超摩尔定律”的速度下降，已经降到普通人可以承受的范围内，检测周期也大大缩短。

华大智造今年发布的超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2，标志着一个人的全基因组测序试剂成本已降至100美元以下，通过全基因组测序来鉴别同卵双胞胎不再是异想天开。

△ 来源：华大智造官网

02

从DNA甲基化水平区分

DNA甲基化是一种常见的表观遗传现象，在个人的成长过程中，环境压力或者随机因素都可能影响DNA甲基化水平。

比如《白夜追凶》里的弟弟关宏宇很喜欢吸烟，而哥哥关宏峰不吸烟，香烟烟雾会导致细胞发生异常的DNA甲基化，进而使抑癌基因表达量下降，增加患癌风险。[2]

有不少研究表明，同卵双胞胎的DNA甲基化水平存在差异。如果能检测他们之间的这种差异，便能将两人区别开来。

不过，DNA甲基化在不同时间、样本检材和人群中的稳定性，以及DNA甲基化差异发生的热点区域等方面仍需要展开更深入的探索，才能使DNA甲基化系统有效地应用于法医学实践工作中。[3]

03

比较抗体库差异

还有一种方法是从蛋白质水平上甄别同卵双胞胎，主要是从抗体上进行探索。[3]

在脊椎动物适应性免疫系统中，个体在发育过程中根据接触的不同抗原（比如花粉、灰尘、病原体等）会经过基因重组产生不同的抗体，形成自己特异的抗体库基因。[4]

研究表明，抗体的产生除了受遗传因素控制外，还受环境等因素的影响。同卵双胞胎后天的生活环境存在差异，会由于接触不同抗原而导致抗体库不一致，因此抗体库差异有可能应用于同卵双胞胎的甄别。

比如《白夜追凶》里的关宏峰长期生活在城市，而关宏宇是一名退伍军人，曾在部队生活，两个人接触的抗原不同，体内就会产生不同的抗体，通过比较兄弟俩和现场检材的抗体吻合度，从而进行区分。

在美剧《犯罪现场调查》第12季里就有一个案件，运用了抗体检测来侦破。在一起枪杀案中，现场留下了嫌疑人的血迹，但警方接连发现的3个嫌疑人都长相一样，DNA一致。警方通过抗体谱确定了血迹所属的嫌疑人，最后发现真相竟然是来自同一个受精卵的4个试管婴儿在长大后合谋杀死了当初做试管婴儿的医生。

△ 来源：美剧《犯罪现场调查》

但是现实生活中关于抗体在同卵双胞胎中差异的研究大多与疾病发生机制相关，对于其在法医学中的应用还有待开展。其次，抗体库种类多、易变化，目前也缺乏系统的检验方法，对于它的可行性还有待进一步研究。[4]

04

从线粒体基因组区别

DNA不仅仅存在于细胞核中，细胞质中的线粒体也有少量遗传物质。由于线粒体DNA经常暴露于各种氧化反应中，且无修复系统、不受选择压力的影响，它的突变率远高于细胞核中的DNA。因此，线粒体基因组的差异也是甄别同卵双胞胎的手段之一。[3]

2003年到2016年期间，吉林发生了数起强奸杀人案，现场留下了犯罪嫌疑人的少量DNA。在案件侦查过程中，警方发现嫌疑人还有一个同卵双胞胎的弟弟。

究竟是嫌疑人一个人犯案，还是两个人共同作案？要想知道答案，只能根据案发现场的检材对兄弟俩进行甄别。

第四军医大学法医司法鉴定所的吴元明对现场物证进行了鉴定，通过高通量测序，鉴定团队找到了这对同卵双胞胎的线粒体基因的一个差别点，随后又通过传统测序对这个点反复进行扩增测序，最终确定这个点是兄弟俩的差异点。[5]

2023年，中国医科大学姚军等学者使用华大MGISEQ-2000测序平台，对10对同卵双胞胎的线粒体基因组进行检测分析，结果表明，在异质阈值分别为1.0%、0.5%和0.1%时，10对同卵双胞胎均可以区分开。[6]

这表明了线粒体DNA鉴别同卵双胞胎的潜力，有望更好地应用于刑事案件侦破中。

05

比较肠道菌群差异

2016年，华大、澳门科技大学和伦敦国王学院等机构组成的研究团队完成了首个双胞胎群体的肠道微生物宏基因组鸟枪法测序研究项目。

研究人员采用宏基因组鸟枪法对250个英国成年双胞胎粪便样本（样本采集自35对同卵双胞胎和92对异卵双胞胎）进行了测序分析，发现双胞胎之间肠道菌群SNP高度相似，而又随着几十年的分开生活而逐渐不同。[7]这表明肠道菌群的差异性有可能应用于同卵双胞胎的甄别。

由此看来，同卵双胞胎的差异体现在核基因组、线粒体基因组、蛋白质水平以及表观遗传水平多个方面，这些都是未来鉴别同卵双胞胎的技术方向，在案件侦查中具有广阔的应用前景。

参考资料：

[1] Jonsson, H., Magnusdottir, E., Eggertsson, H.P.et al.Differences between germline genomes of monozygotic twins. Nat Genet 53, 27–34 (2021). https://doi.org/10.1038/s41588-020-00755-1

[2] http://www.cell.com/cancer-cell/fulltext/S1535-6108(17)30349-5

[3] 明天悦，同卵双生子鉴别的研究现状及展望【J】中国科学：生命科学,2020(50):966~972

[4] 徐倩南，同卵双生子甄别研究进展【J】法医学杂志，2018（34）：672~677

[5] 物证指向同卵双胞胎兄弟 世界级鉴定难题是如何破解的，中国新闻网

[6] Yang Zhong，Discrimination of monozygotic twins using mtDNA heteroplasmy through probe capture enrichment and massively parallel sequencing.[J] International Journal of Legal Medicine, 2023 Sep;137(5):1337-1345.

[7] Hailiang Xie,Shotgun Metagenomics of 250 Adult Twins Reveals Genetic and Environmental Impacts on the Gut Microbiome.[J]CellSyst,2016 Dec 21;3(6):572-584.