新一代STR鉴定技术的突破与应用（探索STR鉴定领域的更新进展）

一、检测str

在过去的十年间，二代测序方法和平台日趋完善，数据准确度显著提升，在临床领域如疾病筛查、诊断、遗传分析等方面应用广泛。与此同时，领域也开始关注二代测序，通过运用二代测序技术，基于一次实验、一份微量生物检材就可以同时获得STR、SNP、Indel和mRNA等各种类型的遗传标记信息，这是现有一代测序平台所无法做到的大量遗传标记信息的获得，为遗传领域带来了新的突破和契机。

那么上述二代测序技术中的多种遗传标记信息在学中是如何具体应用的呢？

说到遗传标记，当属STR。

什么是STR？STR即短串联重复序列（short tandem repeat），也称微卫星DNA（microsatellite DNA），是以2~6个碱基作为核心单位，重复串联形成的一类DNA序列。整个人类基因组中平均每15kb就存在一个STR，目前已发现超过7000个。由于STR核心单位重复数目在个体间呈现高度差异性且数量丰富，构成了其遗传多态性。

STR有何优势？STR基因座除高度多态性外，还具有突变率低、鉴别能力强、检测易于标准化等优点，目前上通用的打击违法犯罪的DNA数据库也多数基于STR基因座而建立。

STR检测目前实践中STR基因座分型多采用荧光标记的PCR-CE技术，也是STR分型技术的金标准。PCR-CE技术具有高的分辨率，即使核心序列相差一个重复次数也能成功分型；并且检测结果分型图谱直观、易于分析。但是，PCR-CE分析存在一些不可避免的问题：

1、PCR-CE技术分析的仅为基因序列长度的多态性，对于序列内碱基的差异无法分辨；2、对于混合检材分析，不同来源检材含量的比例相差悬殊时，PCR-CE往往检测不到混合物中量少的检材；3、图谱分析中经常会遇到一些影响分型甚至导致错误分型情况，如等位基因分型标准物命名错误、内标识别错误、图谱中基线的跳跃和摆动、stutter峰、off-ladder峰等。

NGS技术的诞生，很好的解决了PCR-CE在STR检测中出现的上述问题：

1、NGS进行STR分析更为精细化，可准确检测DNA序列，展示STR等位基因核心序列和侧翼序列的真实差异。通过NGS测序，可以发现原本经PCR-CE分析是相同基因型的STR基因座，其实是不同的基因型。这也表明若实现同等的分辨能力，NGS所需的基因座数量更少；2、对于混合型检测中的微量检材，NGS以其高通量的特性，通过对大量数据的处理和分析，可以灵敏地检测到微量检材的DNA序列；3、基于一份微量检材的一次实验，NGS在获得STR的同时，还可以获得SNP、Indel、mRNA等各种类型的大量遗传标记信息，而这是现有一代测序平台所无法做到的。从微量的生物检材中挖掘出案件所需要的全部遗传学相关信息，这对于公安实战来说具有无可比拟的吸引力。

案例分析目前，NGS技术在学中的应用已经逐步崭露头角。不久前荷兰阿姆斯特丹的一起性侵案中，专家通过对混合检材进行分析检测，成功获得了嫌疑人的DNA信息，并以此为证据，将罪犯送上法庭。这起性侵犯罪案件与欧洲、美洲乃至世界其它地区的性侵案件类似。更初的案件检材取自受害者的混合样本，Y-STR分析结果表明其可能来源于至少两名男子的22个STR分型。而后通过进一步进行NGS分析，样本的DNA特征与2008年录入荷兰数据库中的一名生于1990年的嫌疑人相匹配，更终该男子罪名成立，被判处3年监禁。虽然在此之前，NGS帮助破获案件的消息也时有报道，但此次是NGS技术次作为证据出现在法庭上，并获得了协商的成功。这表明NGS技术日趋成熟和完善，并已经能够运用到实际案件中。

阅微基因NGS试剂盒应用流程

NGS技术为检测提供了更大的扩展能力、更高的分辨率、更快的检测效率和更可靠的结果。阅微基因自主研发的NGS试剂盒，作为疑难检材的有效辅助手段，能够同时检测29个STR基因座和52个SNP位点，对于微量及降解的DNA有良好的检出率，该试剂盒投入场不久就协助成功破获一起疑难案件。

参考文献1、王乐,(2015)。 二代测序技术及其在遗传学中的应用[J]。 技术。DOI：10.16467/j.1008-3650.2015.05.0022、Yang,Y。, et al。(2014)。 Application of Next-generation Sequencing Technology in Forensic Science[J]。 Genomics, Proteomics & Bioinformatic。DOI：10.1016/j。gpb.2014.09.0013、权冰娥等。(2017)。 新一代DNA测序技术在实践中的应用及其研究进展[J]。 辽宁学报,DOI：CNKI:SUN:LIJZ.0.9

二、str分型鉴定

2023年8月23日，由全国产前诊断专家组牵头，等数家产前诊断机构共同制定的染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用指南（2023）在安康杂志正式发布。该指南完整体现了当前国内专家团队对于CMA技术产前诊断应用的经验集成、专注思考和指导意见，将推动全国胎儿染色体及基因组疾病产前诊断工作的规范性和先进性得到进一步的提升。

2023版产前CMA临床应用指南针对CMA技术在产前诊断临床应用的重要方面，从临床应用指征、检测的质量控制、数据的分析解读、诊断报告撰写、检测前后遗传咨询等工作的规范开展进行了详细的阐述和介绍。其中，在质量控制方面，指南提出完善的质控体系是CMA准确诊断的核心，强调了确定标本胎源性的重要性，所有绒毛或者怀疑有母血污染的脐血及羊水标本检测前需要对胎儿样本进行STR分析以排除母源污染（MCC）。此前，低深度全基因组测序技术应用于产前诊断中的专家共识也明确提出建议，可使用STR检测对产前样本进行MCC判断。

随着分子时代的到来，STR检测的优势愈发突出，该技术准确、便捷、快速、低价，适宜在各级及实验进行推广，具有广阔的应用前景。尤其在产前诊断方面，STR检测除了可用于MCC排查而外，还可用于单亲二体疾病辅助诊断、非整倍性染色体疾病快速诊断等，其临床价值受到临床越来越多的肯定。今天，我们就来聊聊STR检测在产前诊断的那些事儿。

短串联重复序列（STR）

短串联重复序列（short tandem repeat，STR）是人类基因组DNA中广泛存在的一类具有高度多态性和遗传稳定性的遗传标序列，核心序列为2~6个碱基，按孟德尔规律呈共显性遗传。由于核心序列及其重复次数不同，STR在不同种族、不同人群、不同个体之间的分布具有很大的差异性，构成了STR的遗传多态性。因此选取几个STR位点可作为一有效个体识别标志，具有极强的特异性。

STR检测技术

定量荧光PCR（quantitative fluorescence PCR，QF-PCR）基于PCR扩增和毛细管电泳分离技术，能够定性、定量分析STR的多态性，是检测STR位点常用的技术手段之一。与其他分子诊断技术相比，QF-PCR技术可半自动化和批量检测，24～48 h内能得到结果，在高通量检测、价格低廉、可质量控制等方面具有突出优势，有望解决产前诊断技术资源的“缺口”问题。

STR检测在产前诊断中的应用

一、母源细胞污染排查

目前，常见的介入性产前诊断技术包括羊膜腔穿刺、绒毛穿刺、经皮脐血穿刺等。由于这些穿刺过程不可避免的经过母体，存在母源细胞污染（maternal cell contamination，MCC）的风险，再加上后续染色体检查和基因诊断存在基因扩增，这使得微量的母体组织污染都可能严重干扰诊断结果，造成严重的临床后果。因此母源污染检测是分子实验的基础，为了确保后续实验的准确性，在基因检测前，需要对羊水样本进行母源污染的检测，其中更常用的技术就是STR检测。选取具有高杂合度和高多态性的STR位点，应用多重PCR对羊水、脐血等进行母血污染鉴定，具有极强的灵敏度，结果准确可靠。

二、单亲二体疾病辅助诊断

单亲二体（uniparental disomy，UPD）疾病是指由两条同源染色体均遗传自一个亲代引起的疾病。UPD可分为单亲同二体（isodisomy，来自同一亲体的同一染色体）和单亲异二体（heterodisomy，分别来自同一亲体的两条同源染色体），可以是染色体上的某一片段，也可以是一整条染色体。对于UPD的诊断，更为经典的技术为STR检测，在目标染色体/区域内选择多个多态性高的STR位点，根据这些位点的杂合度情况，判断目标染色体/区域是否纯合，进而反映是否发生了UPD。2023版CMA指南对单亲二体（UPD）的检测也提供了参考意见，可通过短串联重复序列（STR）分析验证UPD及其亲源性，并区分同源及异源UPD。此外，作为产前诊断的另一重要检测技术CNV-seq，由于其无法对单亲二体、三倍体等进行检测，STR技术也可以作为有效的补充。

三、非整倍性染色体疾病快速诊断

非整倍体检测是对于特定染色体数目异常的快速检测，其中21、18、13、X、Y染色体数目异常较为常见。QF-PCR技术通过定性、定量分析STR的多态性，能诊断出99.2%～100.0%目标染色体（21、18、13、X和Y 5种染色体）的非整倍体异常，包括21三体、18三体、13三体、XXY、XYY、XXX和X单体全部7种常见非整倍体综合征，同时还可以提示三倍体，所以提前检测有助于早诊断、早处理。基于QF-PCR技术的非整倍体快速诊断可以拿来跟核型做复核，形成双重肯定的效果；由于QF-PCR技术具备母源污染鉴定的属性，非整倍体快速诊断常常也兼顾母源污染排查的功能。

阅微基因深耕于毛细管电泳（CE）平台与多基因联检技术，作为行业领军者，阅微基因在生殖遗传领域布局系列基因检测产品，涉及孕前、产前、新生儿筛查等三级预防各个阶段，同时推出产前诊断STR检测整体解决方案，解决常见染色体非整倍体疾病快速产前诊断、母源细胞污染排查、单亲二体（UPD）疾病辅助诊断等问题，助力国内出生缺陷精准防控事业。

三、str鉴定报告

细胞系STR鉴定细胞系鉴定（Cell Line Authentication）是指对广泛应用于科学研究和药物开发的模式细胞进行鉴定。在科学研究过程中，如果使用了交叉污染或错误辨识的细胞将导致研究结论错误、结果不可重复、临床细胞治疗灾难性后果等严重问题出现。Nature等机构近年发出呼吁，要求研究者对细胞进行鉴定，以确保实验数据的准确性。给细胞系进行验明正身，已成为开展科研工作的首要任务。STR鉴定目前已被ICLAC、ATCC等权威机构作为金标准应用于细胞鉴定越来越多的杂志要求在投稿时提供细胞STR分裂数据。

那么，在细胞系STR鉴定有哪些常见问题及注意事项呢？

1、 什么是细胞系鉴定

所谓细胞系鉴定即通过STR（短串联重复）图谱所建立细胞系的遗传特征。一株细胞系的遗传特征确立后，细胞系以通过定期的检测，以防止出现细胞系被误认或交叉污染的情况。

2、细胞系鉴定服务流程

STR基因位点由长度为3～7个碱基对的短串连重复序列组成， 这些重复序列广泛存在于人类基因组中，可作为高度多态性标记，被称为细胞的DNA指纹。STR

基因座位上的等位基因可通过扩增区域内重复序列的拷贝数的不同来区分，在毛细管电泳分离之后可通过荧光检测来识别。随后通过一定的计算方法，即可根据所得的STR分型结果与细胞STR数据库比对从而推算出样品所属的细胞系或可能的交叉污染的细胞系名称。

3、细胞系STR鉴定发展历程

一个细胞系，从分离组织到获得一种新的细胞系开始，就应该具有其起源等的详细资料，随着细胞系成为科学研究中重要的工具，所使用的细胞系的真实性、是否发生交叉污染等问题变得越来越重要。显然，科学家们开始并未意识到这个问题的严峻性，以下是细胞系STR鉴定的发展历程，直到今天，还有许多错误鉴定和交叉污染的细胞株，甚至科学家们使用了不正确的细胞系，严重影响了实验结果的真实性。

2001年 PNAS发文Short tandem repeat (STR)profiling provides an international

reference standard for human cell lines指出STR分型技术为人类细胞系的鉴定提供了参考标准。

2007

年一份生物储存库材料审核结果表明，三分之一或更多的细胞系被错误鉴定或受到污染；NIH发布了通知，强烈建议在使用培养细胞的时候进行鉴定(authentication)。

2008

年底，专家提议ATCC致力于人源细胞系的鉴定工作，并制定鉴定的标准程序。

2009年 Nature发文Identity crisis：It is time for all involved to tackle the

chronic scandal of cell-line contamination。

2010年 Nat Rev Cancer ——Cell line misidentification：the beginning of the

end。

2011年美国菌种保藏中心（ATCC）制定了人源细胞系STR鉴定标准ANSI Authentication of Human Cell

Lines：Standardization of STR Profiling。

2012年Nature发文Cell-line authentication：End the scandal of false cell

lines说明了细胞系鉴定的重要性。

2013年Nature旗下杂志要求作者需注明研究中细胞系的来源，避免科学研究因为细胞系有误得出不正确的结果。

2014年12月、2015年2月Science杂志分别发表专题文章，阐述细胞交叉污染和错误辨识的严重性。

2015年4月，Nature旗下所有杂志将要求作者鉴定论文中所用细胞系。

2015年6月即有报道称一科学家因细胞系污染，被Nature撤销发表于其上的论文。

2016年4月国内科学院昆明细胞库公布共60株错误鉴定和交叉污染的细胞系。

4、为什么要进行细胞系鉴定

首先进行细胞系STR鉴定是很重要的。很多生物医药的研究都采用培养细胞来进行，这些细胞可能是受赠于其它研究人员，也可能是从细胞库（如美国ATCC ,American Type Culture Collection）得来。 据估计，15-20%的实验，

实验中所使用的细胞已经不是原来的细胞系，或者与其它细胞系发生了交叉污染。显然，细胞系遭到污染、特征鉴别错误，将会极大的威胁着基于这些细胞而发表的论文质量和研究发现的正确性。为此，很多细胞库现在都要对来的细胞系进行鉴定，并对细胞系之间的交叉污染进行监测。

现在很多机构都已经认识到这个的重要性，ATCC和FDA,这些机构要求对用于制药领域的实验中所使用的材料，如细胞系，应该进行“身份鉴定和纯度测试。很多杂志也要求使用细胞系的文章提供STR指纹图谱数据。FDA建议研究人员在培养细胞的较早阶段（细胞培养周）来鉴定细胞系的身份。细胞在被冻存前应再一次进行鉴定； 对于活跃生长的细胞，每两个月应鉴定一次；文献发表前也应对细胞系身份进行鉴定。如果一个实验使用不止一种细胞系，则应在实验更开始时，就要对所有的细胞系进行鉴定，以便排除交叉污染。这样将减少由于细胞系发生交叉污染或身份误认，将导致实验数据的无效或数据误导。

由于细胞系发生交叉污染或身份误认，将导致实验数据的无效或数据误导。NIH已发出公告，讨论细胞系鉴定的必要性与重要性，并且越来越多的的期刊要求文章发表前、需提供细胞鉴定数据。

目前要求提供细胞鉴定数据的期刊有：

Nature

Nature Cell Biology

Nature Methods

AACR Journals

Cancer Research

Clinical Cancer Research

Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention，CEBP

Cancer Prevention Research

Molecular Cancer Research

Molecular Cancer Therapeutics

Cancer Reviews Online

Prevention Portal

Cancer Discovery

Cancer Immunology Research

International Journal of Cancer

Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism

Journal of Endocrinology

Journal of Molecular

Journal of Molecular Biology

Journal of the National Cancer Institute

BioTechniques

Carcinogenesis

Cell Biochemistry and Biophysics

Cell Biology International

Clinical Orthopaedics and Related Research

Endocrine Reviews

Endocrine-Related Cancer

Endocrinology

In Vitro Cellular & Developmental Biology – Animal

Molecular Endocrinology

Molecular Vision

Neuro-Oncology

PLoS ONE……

5、 细胞系用错的概率有多大

据ATCC估计，1977年错误使用细胞的概率是16%，1999年是18%。根据我们的经验，国内细胞系用错的概率不低于20%；即如果一个研究所有二十个课题组，按概率估计，有4个课题组用的细胞是错的。

6、 什么时候需细胞系鉴定

1) 当建立或获得一个新的细胞系时

2) 一个涉及到细胞试验项目开始/结束时

3) 在细胞冻存之前，或细胞已连续培养 2～3 个月时

4) 发表文章或申请课题经费前

5) 细胞系表现不稳定或结果与预期差别较大时

6) 当实验使用超过一种细胞系时，所有细胞系更好先鉴定以排除交叉污染的可能

7、细胞STR鉴定技术原理

由于STR技术具有灵敏度高(更低可检出0.1ng DNA)、自动化程度高、准确快速、重复性好等优点， STR基因分型已被作为金标准应用于细胞鉴定。

STR（Short Tandem Repeat，短串联重复序列）基因位点由长度为3～7个碱基对的短串连重复序列组成，这些重复序列广泛存在于人类基因组中，可作为高度多态性标记，被称为细胞的DNA指纹。STR已被广泛应用于亲子鉴定、个体识别、隐私鉴定、交通事故鉴定、（造血干细胞）移植治疗后嵌合情况监测等领域。STR基因座位上的等位基因可通过PCR（聚合酶链式反应）扩增区域内重复序列的拷贝数的不同来区分，在毛细管电泳分离之后可通过荧光检测来识别，随后通过一定的计算方法，即可根据所得的STR分型结果与专注的细胞STR数据库比对从而推算出样品所属的细胞系或可能的交叉污染的细胞系名称。

8、有些细胞系是自己实验发现的，在ATCC等细胞库中没有入库，能否做细胞鉴定

能，虽然在数据库中没有其STR数据，但我们仍建议您进行细胞STR鉴定，因为我们的试剂盒是针对基因的多态性位点进行扩增，无论是哪个种属的细胞均能得到扩增，另外通过该项检测，您可以：

1）判断培养的细胞是否被其他细胞交叉污染及其可能被污染的细胞名称；

2）您将是个得到该细胞系STR数据(DNA指纹)的人；

3）申请将该细胞系的STR数据保存于权威的数据库中。

9、可以对哪些物种进行细胞鉴定

人源的细胞系（包括人干细胞）和小鼠的细胞系在实验中更为常见，我们主要针对这两种细胞进行鉴定;另外，还可以鉴定人源细胞中的鼠源细胞污染，鉴定猴源的细胞；目前正在开发猪、狗的细胞鉴定体系。

10、如何提供鉴定样本

每种细胞需单独收集在 1.5ml 离心管中，细胞数目不少于 10的6次方个。细胞需要离心沉淀，并且以 PBS

清洗尽可能去除上清培养基，沉淀沉淀进行冰冻保存与寄送。

11、 如何知道细胞系是否发生交叉污染了

如果存在细胞系之间发生交叉污染，而且鉴定用的细胞可能有两种以上的细胞系时，那么在进行 STR

位点检测的时候，多个位点会出现两个以上的峰。峰高值表示该等位基因的信强度，理论上峰值与样本的 DNA

浓度有直接的关系。因此，存在交叉污染的混合细胞系中，其中一个位点中某些峰会明显高于其他的峰，其中大峰是属于混合细胞系中那个主要细胞系，而小峰则属于那个次要细胞系。

值得注意的是，当发生两个或以上细胞混合的时候，检测结果看起来非常像细胞系的“遗传不稳定”——当一个细胞系存在亚群时，尤其是一些癌细胞系，

由于遗传不稳定的存在，在一些位点的 STR 特性会不同。因此经验丰富的分子专家是非常重要的，他能够帮助分析复杂的电泳图谱(STR

峰图)，从而判断是否由于发生细胞系交叉污染而导致多等位基因情况。

12、 如何根据 STR 数据判断细胞系的身份

收到细胞系鉴定结果以及 STR 信息，可以与参考数据库进行比对。如果细胞样本的每个 STR 位点和参考细胞 STR

如果细胞系被鉴定出发生交叉污染或错误标记，则需要拿更早代数的细胞进行鉴定，从而找到问题的起源或者直接从可靠的机构购买一株新的细胞系。

13、 如果细胞系没有在数据库中比对出结果怎么办

如果已知数据库中没有找到你的细胞信息，你可以用自己的细胞遗传信息建立自己的遗传特性，以便后期进行自己细胞库的比对。

14、为什么报告内更终结论，会出现匹配不上任何已知数据情况

更大的可能性是因为这株细胞的标准序列并没有收录在的细胞库之中，导致送检样本与任何的序列都不匹。出现这种情况大多数是因为该细胞系，可能是由国内课题组自主建系的。

15：在做细胞STR检测时为什么选择的位点有些并未出现在ATCC、JCRB、DSMZ等数据库中

目前这些数据库中发布的都是9位点比对，且这9个位点相同。为了更好的进行细胞分型，鉴定是否被污染，除选择标准的9个位点以外，还设计鉴定其他位点，追求更高的准确性。

16、 细胞系交叉污染或错误鉴定对研究是否有影响

答案是肯定的。使用错误的细胞系或者是被污染的细胞系做研究，只会造成时间，金钱和精力的损失，以及造成实验结果的不一致和不可重复。因此如果用被污染或错误的细胞系做研究，在发表文章或做进一步研究时极有可能需要用正确的细胞再重复实验。

17、 用错细胞时间更长的持续了多少时间

瑞典有一个科学家，在三十年的时间里都以为自己的细胞是正确的，直到做了细胞鉴定之后发现是错误的。越早发现错误越好，鉴定之后是正确的话，自己也放心。

18、 为什么报告内更终结论，会出现匹配不上任何已知数据情况

更大的可能性是因为这株细胞的标准序列并没有收录在的细胞库之中，导致送检样本与任何的序列都不匹。出现这种情况大多数是因为该细胞系，可能是由国内课题组自主建系的。

19、 国内有类似的 STR 标准数据库吗

是有的，这个是协和官方建立的一个国家实验细胞资源共享平台，cellresource。cn / 在里面约会收录一些国内自主建系的细胞的标准序列。

20、 对于STR位点引物设计有什么要求吗

设计其实很简单，并且很容易使用。但是由于这个位点的选择和优化是非常枯燥并且耗时耗力的工作，建议由专注的服务方进行设计和合成。

21、 除了检测人源的细胞株，还可以检测其他动物的细胞或者原代细胞吗

技术上是可以检测的。但是鼠源细胞在结果上跟人源细胞有明显的区别。鼠源一个 STR

位点会出现上百个重复，只能证明待测样本不是人源的样本。但是属于小鼠的具体哪一种细胞株，无法确定，因此也不能排除鼠源细胞之间出现交叉污染的可能。

至于人的原代细胞，由于上的数据库里面没有收录原代细胞标准序列，更终的检测结果也是匹配不上任何的已知序列的。

相关问答

以上关于“新一代STR鉴定技术的突破与应用（探索STR鉴定领域的更新进展）”的全部内容了，想要了解更多亲子鉴定相关资讯，请继续关注本站。