NGSによるフォレンジック革命

1976年、ペンシルバニア州東部のリーハイ川を歩く14歳の男の子が、頭がひびき、胎児が間近にいることを発見しました。少年は当局に警告するために帰宅しました。この地域を探索した後、ペンシルバニア州警察は、妊婦の身体の残りの部分を3つのスーツケースに分けました。検死によると、彼女は性的暴行を受け、横ばいになり、頚部に近距離で射撃を受けました。彼女は亡くなった後、解体し、Interstate-80号線のオーバーパスから飛ばされた可能性があります。

殺人から1か月後、被害者の家族は、彼女と彼女のボーイフレンドがコネチカット州に移住し、ルイス氏の赤ちゃんの名前を書いたという手紙を受け取りました。彼女の家族は、彼女が書簡の著者であるかどうかを疑問視しましたが、若い夫婦が引っ越し、連絡を取りたくないという思いで辞めました。

今後44年間で、100人以上の警察官が、Beth Doeが知っていたときに何が起こったのかを突き止めようとしました。2007年から、当局は彼女の遺体を批判し、歯科記録、指紋、顔の再構成、DNAの使用を試みました。2020年11月、研究者チームは、独自の手法とイルミナNovaSeq−(* 6000を備えたユニークな法医学ラボであるOthram, Inc.にDNA抽出物を送付しました。このテクノロジースタックを使用して、Beth Doeの包括的な系統的プロファイルを構築しました。

その間、ルイス・コロン・ジュニアという名前の男性が、父親の姉であるエブリンに何が起こったのか疑問に思っていました。15歳の頃、彼女がボーイフレンドと赤ちゃんと一緒にコネチカット州に引っ越して以来、誰も彼女から話を聞きませんでした。ルイスは、叔母や長期に渡って失った従兄弟と再びつながりたいと考え、DNAプロファイルを複数の系譜データベースにアップロードしました。

これらのデータベースを通じて、研究者はルイスとつながることができました。ルイスは、約1,700センチモルガンのDNAをBeth Doeと共有していました。（センチモーガン（cM）は、人間の遺伝的距離を測定するために使用される単位です。1700cMの共有DNAは、叔母と甥の関係の平均範囲内にあります。）

法執行機関がルイスに連絡をとったとき、彼とその家族は、エブリンがルイス・シエラという名前の男性である胎児の父親と同居していたと説明しました。警察はこの調査を継続し、その結果とDNA検査の結果に基づいて、2021年3月にニューヨーク州クイーンズのバスドライバーであるシエラの逮捕に進みました。彼はベイルなしで保持されています。

44歳の症例は、寒さから数週間で解決するまで、どのように進行しますか？ 3つの言葉：次世代シーケンサー（NGS）。

街の壁の中
テキサス州ザ・ウッドランズのヒューストンから北に40分、David Mittelman博士は、非常に特別なラボを建設しました。米国またはカナダで初めて、法医学の場でゲノムシーケンスの力を利用した、完全に社内にある民間ラボです。その使命は“Justice Through Genomics”であり、ここ数年で遺伝健康検査が利用できるようになったのと同じ方法で正義を民主化することです。ミテルマン氏によると、どの通りの隅でもDNAの検査を受け、特定の疾患のリスクがあるかどうかを調べることができます。でも、犯罪を解決するには、どの通りの角に行けばよいでしょうか？

遺伝学者から来る興味深い質問です。ミテルマンの科学におけるスタートは、ヒトゲノムプロジェクト中のUT Southwestern Genomics Coreで、一塩基多型（SNP）アレイ技術の初期バージョンに取り組んでいました。彼は大学で最初のアレイプリンターの構築を支援し、最終的にDNAシーケンスに惹かれました。ミテルマンは分子バイオフィジックスの博士号を取得し、その後Baylor College of MedicineのHuman Genome Sequencing CenterでRichard Gibbsのトレーニングを受けました。彼の研究プログラムは、DNA損傷、修復、ゲノム編集をよりよく理解するためにシーケンスを使用することに重点を置いていました。1000 Genomes Projectなどの研究や、Virginia TechのVirginia Bioinformatics Instituteの発展に携わっていました。2012年、彼はArpeggiという会社を立ち上げ、イルミナのMiSeq−(*から生データを取得し、シーケンステクノロジーの医師やその他のエンドユーザーへの遺伝的変異の報告を合理化しました。Arpeggiは、FamilyTree DNAを所有するGene by Geneによって買収されました。生物医学研究に常に携わっていたため、DNA検査の応用を見たのは初めてでした。これは完全に娯楽的なもので、祖先を追跡して家族を見つけたい人だけが対象でした。FamilyTreeDNAでの彼の仕事が、彼の将来のベンチャーのために種を植えました。

数年後の2018年、ミテルマンは数人の元同僚たちと話をし、今日初めてフォレンジックが発明されたらどうしますか？と尋ねました。NovaSeqのような強力なプラットフォームが今ある場合、どのように見えますか？

従来の法医学ラボがDNA検査を採用する場合、現在のプロセスは過去30年間使用されてきた法医学検査を実施することです。これは、ヒトゲノムプロジェクトに使用されるものと非常に似た機械です。現在、DNAフォレンジックはDNAの小さなマーカーにかかっています。非常に限定的です。

National Missing and Unidentified Persons System（NamU）によると、米国では毎年4,400の未同定体が回収されています。犯罪の犠牲者であるか、他の原因で亡くなったかにかかわらず、これらの人々の大半は特定されず、毎年、人の残骸や行方不明の人が蓄積されます。国立司法研究所はこれを“沈黙の大災害”と呼んでいます。

“私はこれをより静かで小さな災害に変えようとしています。”とミテルマンは述べています。“私たちは無名な人々に意見を述べ、最終的にはこれらの事例のバックログの規模を減らしたいと考えています。”

彼が設立した会社には、25人以上のコンピューターサイエンティスト、データアナリスト、研究者、そして私のようなラボの研究員が集まっています。名前のOthramは、Lord of the Ringsを愛する同僚である “Othram”は、Minas Tirithを守って守った城壁の名前でした。Othramのテクノロジーは、暴力的な犯罪者を特定し、未確認の人物や行方不明の人物が家族と再会できるよう支援することで、社会にも同じことをもたらすという考えです。

Othramは法執行機関と協力していますが、誰でもチームにコールドケースを提起することができます。時折、探偵や検察官、非営利団体や懸念のある市民である場合もあります。法執行機関が訴訟で証拠を残している限り、Othramは訴訟の再審査と新しいリードの創出を支援できます。これらの感冒事例の多くは、法執行機関から直接資金提供を受けています。未解決の性的暴行の多くは、Sex Assault Kit Initiativeなどの司法省のプログラムを通じて資金提供を受けています。亀裂から落ちた、または資金を確保できない事例については、Othramは法執行機関の捜査官を民間の寄付者や財団とペアにします。クラウドファンディングサイトであるDNASolvesも存在し、Othramは公共支援を活用するために運営しています。Othramは、被害者のプロファイルを他のプロファイルと比較し、最も近い親戚を見つけるために、そのプロファイルの作成に取り組んでいます。Othramは、AからZ、または“回答の証拠”の事例を取り上げ、他の専門家がアイデンティティの探索に使用できる系統的プロファイルを単純に構築することもあります。

フォレンジックデータでさらに深く
CODISはCombined DNA Index Systemの略で、1994年にFBIによって創設されました。被害者や犯罪を犯した可能性のある人のDNAプロファイルにインデックスを付けるため、別の犯罪を犯した場合、理想的には非常に迅速に捕獲できます。連邦、州、および地域のラボがデータベースに貢献できます。FBIによると、CODISは創業から今年の3月までに550,000ヒット以上を達成しました。

しかし、犯罪を犯したすべての人がデータベース内にいるわけではありません。名前のない被害者であれば、データベース内にはいないことはほぼ間違いありません。

さらに、CODISには2,000万近くのプロファイルが保管されていますが、そのプロファイル自体は犯罪の解決に役立つほど詳細ではないことがよくあります。多くのプロファイルは実際のアイデンティティに関連付けられていません。

当初、CODISのDNAプロファイルは、わずか8つのマーカー、つまりShort Tandem Repeats（STR）で構成されていました。約30年後の現在では、20のマーカーしかありません。

ここに問題があります。特定の犯罪現場の20のマーカーが、CODISにすでにいる既知の人物と一致しない場合、特定された容疑者が捕捉され、同じ20のマーカーを共有するまで、その場に待機します。

兄弟姉妹の場合、20のマーカーのうち10のマーカーが共通しているかもしれませんが、従兄弟姉妹の場合、共有しない可能性が高くなります。そのため、兄弟姉妹、親、または子もCODISにいる必要があります。Evelyn Colonは15歳の妊娠した10代で、支配的なボーイフレンドと同居しているとされています。なぜCODISに参加するのですか？

CODISは、犯罪の繰り返しを追跡し、身元を確認する強力なフレームワークです。しかし、ワシントンDCの法医学省によると、当社の国家DNAデータベースが、未確認の遺体の約1%、性的暴行キットの約15%を特定するのに役立つことは驚くことではありません。“CODISは重要なツールですが、1つのツールにすぎません”とMittelman氏は説明しています。CODISだけでは、被害者を家族に結びつける上であまり価値はありません。

彼の研究室では、数万から数十万のマーカーを調べています。

DNA検査は必ずしも必要ではありませんが、それがなければ、法執行機関は調査の点を結びつけるために他の方法を使用しなければなりません。時間や地理的な差異が大きな障壁となることがよくあります。1966年、テキサス州ペコスのモーテルプールで溺水した17歳の少女。しかし、彼女の両親は、彼女が家族と同居していたカンザス州で彼女が行方不明になったことを報告しました。地元の法執行機関はカンザス州で調査を始めましたが、最終的には半世紀にわたってこの事件は冷え込みました。2020年8月、Othramは骨格の残渣からDNA抽出物を開発し、系統的プロファイルを構築しました。その後、National Center for Missing and Exploited Children（NCMEC）の支援を受け、Innovative Forensicと呼ばれる企業から時間を寄付し、系統的検索によって調査のリードが生まれました。その後、Pecos警察はリードをフォローし、最終的には溺れた少女の身元を確認しました。今は70代、80代の兄弟姉妹と触れ合うことができました。50年以上経った今でも、家族は行方不明の姉妹が特定できるという希望をあきらめませんでした。

1994年に漁師によって湖で発見された別の男性は、1980年代に殺された可能性があります。彼の身元確認の妨げとなったのは、消滅した時、行方不明と報告された時、発見された時の間の断線でした。DNA検査は、その壁を突き抜け、時間と地理的距離で区切られたイベントを結びつけるのに役立ちます。

OthramはDNAとのギャップを埋め、研究室で扱うヒト細胞は20未満でした（ナノグラムの5分の1でさえありません）。

“フォレンジックデータは常に少量です”とMittelman氏は述べています。“常にうるさい” 課題は、DNAの小さく分解された断片と損傷した断片をつなぎ合わせ、多くの場合、混合物中のさまざまなDNAをすべて選別することです。シーケンサーは、非常に高感度です。彼らはあなたのDNA、あなたを攻撃した人、法医学の証拠で必然的に増殖する細菌、そして現場にいた動物さえもシーケンスします。また、医療ゲノミクスや消費者ゲノミクスでは、サンプルは、現在生活している一人の人の血液や唾液から採取されますが、法医学上のDNAは古い骨片、腐った組織切片の組織、またはカーペット上の乾燥した染色から採取される可能性があります。課題は、この多様で不均一なインプットのセットを、その多くがこれまでにシーケンスされたことがない方法で受け止め、そこからプロファイルを構築することです。これは、生きた人の新しいDNAサンプルを使用して構築されたプロファイルと比較できるものです。

Othramは、骨からDNAを抽出し、ヒトを可能な限り非ヒトDNAから切り離すための独自の手法を開発しました。

DNAを検査すると、DNAが消費され破壊されます。検査が失敗しても、DNAは戻ってきません。そのDNAを混乱させる可能性はあまりありません。多くの場合、ワンショットになります。証拠を消費し、何も生み出さなかった企業になりたくはありません。このため、Othramは、多数のR &Dと模擬ケースワークを用いてプロセスを継続的に精緻化し、各ケースを引き受ける前に評価し、以前に解決したケースと同様のケースを優先します。

調査費用
調査には数十年かかり、費用は数十万ドルにも及ぶ可能性があります。法医学のスケッチ、同位体解析、顔の再構築から法執行機関の時間や旅費まで、コストは急速に増大する可能性があります。

調査のために多くの資金が使われていますが、悲しいことに、彼らはすでに資金を使っているとMittelman氏は説明しています。“安価” Othram氏の典型的な事例では、単一ソースDNAが関係しており、約5,000ドルのコストがかかりますが、調査における他のコストに比べて比較的少ないことが指摘されています。体だけを体から排出すると、その4倍のコストがかかります。ミテルマンは、オースラムの玄関口に立ち寄った証拠から作成されたプロファイルまで約12週間かかると述べています。コストを抑えるために、彼らはプロセスを急ぐことはありません。NovaSeqは飛行機のようなものです。飛行機に多くの乗客が乗れば、常に飛行機に乗ることができます。スケールアップすると、ターンアラウンドタイムが短縮されます。それでも、12週間と、人々が答えを待っている何十年もを比較してください。そして、探偵の時代に何の費用がかかるかを考えてみましょう。多くの場合、5,000ドルは、1か月間の探偵の給与にはほぼ十分ではありません。

被害者の家族のほとんどは、その体が彼らの話を聞くのを待っている人であることをまだ知らないことを除いて、進んでシーケンス費用を支払うでしょう。

“DNAはそこに座っています”
今日、NCMECが特定しようとしている未成年者は約700名です。当面の目標は、エビデンスがさらに劣化する前に、これらすべてのシーケンスを行うことです。

Mittelmanは、時間の経過とともにシワ、傷、摩耗する可能性のあるカセットテープのデジタル化と比較します。MP3に変換しても、データは悪化しません。ミテルマンがデジタル化されたフォレンジックエビデンスのライブラリーを構築できれば、最終的に誰かがそれに気を配ったり、長期にわたって失われた親戚が自分のプロフィールを公開データベースにアップロードしたり、あるいは別の種類のリードが入ってくると、どのようなケースでも解決できます。

これは、明らかなチャンピオンがいない野心的な取り組みです。しかし、ミテルマンと彼のチームは、家族がそこにいることを知っています。その家族は黙って苦しんでいます。CODISの後に諦める、または不適切な方法を使う、つまり、あなたがひどく感じる可能性のあるすべてのデータを使うのに失敗する、と彼は述べています。これは研究プロジェクトではありません。これらのケースの反対側には人間がいます。

1日でも行方不明になると、家族にとっては最悪のサスペンスになります。また、これらの家族の一部は数十年待っているだけでなく、親戚が亡くなり始めているため、高齢の症例に対する緊急性も高まっています。

平均的な人は、誰かが溺れたと聞きます。世界は前進しますが、家族は前進しません。最大の救済策は親戚に対するものですが、シーケンスのおかげで、解剖やある程度の閉鎖を経験する人が多数います。容疑者、または告発されたことがないが数十年にわたり容疑の雲の下に立っていた関心のある人は、名前を明かします。STR検査によって除外されることは明らかに意味がありますが、彼らにとってより意味があるのは、実際に誰が犯罪を犯したのかを知ることです。適切な人物が見つかったときに持ち上げられた重量を想像してください。そして最後に、ミテルマンは、非常にトラウマ的な証拠に最初に遭遇してから数十年後に閉鎖を発見した役員と出会います。

ミテルマンの使命は、引き続き証拠を保存し、答えを見つけ、家族を再接続することです。“5人の子供がいる”と彼は言います。“子供が大好きで、誰かに戦ってもらいたい”

ミテルマンは、国内のすべての法医学ラボがシーケンスであるべきだと考えています。それまでは、彼と彼のチームはこれらのプロファイルを構築し続け、その城壁を強化し続けます。

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どのように支援できますか？

症例への資金提供。DNASolvesはクラウドファンディングを使用してケースを解決します。あなたの地理的地域を共有する、またはあなたの興味を引く事例に寄付してください。

DNAに貢献します。消費者遺伝学企業で検査を行った4,000万人の一人であれば、データセットをDNASolvesに寄付することができます。身元不明の人の非常に遠い親戚でさえも、捜査官を助けることができます。

組織をサポートする。OthramはNCMECおよびJoyful Heart Foundationとも連携しています。