For successful DNA typing, rapid DNA extraction and refining of samples found at crime scenes is important.In this study, we wanted to review the field applicability of PDQeX system DNA refinement methods that can be used rapid and simply. The three frequently used DNA Extraction kits(PDQeX forensicGEM Universal kit(MicroGEM, New Zealand), DNA IQ Casework kit(Promega, USA) and QIAamp DNA mini kit (Qiagen, Germany)) were compared in terms of yield, time, and ease of use. The main samples used in the experiment are continuously diluted Whole Blood, Liquid Saliva, and Cell line, and the PDQeX system has been evaluated for mock forensic samples such as FTA Card Blood, Humic Acid-treated Whole Blood, blood stained denim jeans, chewing gum, cigarette butts, and hair. All extracted DNA was quantified through qPCR. DNA profiles were identified through a Short tandem repeat (STR) analysis. In this study, to confirm that the PDQeX system had a problem in which columns were blocked from Blood 1× samples and some high-concentration samples, but the yield was similar to the rest of the kits in trace samples. DNA could also be successfully refined at concentrations other than HA (1000ng) in concentration-specific blood samples with PCR inhibitors such as Humic Acid (HA). The PDQeX system is the cheapest method compared to conventional DNA refinement kits such as DNA IQ caseworkki and QIAamp DNA mini kit. Because it is a one-step-single tube-based Direct System, it is not only less likely to contaminate, but also faster than other DNA refining methods by more than 20 minutes, making it the fastest and simplest to use. In conclusion, it is estimated that the PDQeX System can be used the same as other DNA extraction methods in a very small amount of sample in the field. Furthermore, the extraction method using PDQeX system is fast and simple, which is believed to be capable of efficiently processing large amounts of field samples, which is considered highly applicable in crime scenes.
성공적인 DNA(Deoxyribonucleic Acid) 프로파일링을 위해서는 범죄 현장에서 발견된 생물학적 검체의 신속한 DNA 정제가 중요하다. 법과학적 관점에서 DNA 정제는 유죄 또는 무죄판결을 위한 모든 유전자 분석에 선행되는 기초적인 단계이다. 대량재난 현장에서는 더 많은 검체를 짧은 시간 내에 정제하기 위해 실험실 자동화기기 기반의 DNA 정제 방법이 채택되고 있다. 본 연구에서는 PDQeX 핵산 정제 장비(PDQeX Nucleic acid Extractor (microGEM, Dunedin, New Zealand))를 이용하여 빠르고, 간단하게 DNA를 정제할 수 있는 PDQeX 시스템의 현장 적용 가능성에 대해 검토하고자 하였다. 법과학 실험실에서 주로 사용되는 세 가지 DNA 정제 키트(PDQeX forensicGEM Universal kit(microGEM, Dunedin, New Zealand), MaxwellⓇ FSC DNA IQ™ Casework kit(Promega, Madison, WA, USA), QIAampⓇ DNA Blood mini kit(Qiagen, Hilden, Germany))는 전혈 혈액, 타액, 세포주(cell line: DP-12), 부식 산(humic acid; HA), 모의 법과학 검체(Mock forensic sample) 등 다양한 종류로 정제되어 DNA 수율, Degradation Index(DI), 정제 단계, 시간, 가격, 필요 장비, 사용자 편의성과 같은 전반적인 측면에서 비교되었다. 실험에 사용된 체액과 세포주는 각각 5×, 10×씩 연속 희석하여 정제되었고, 모의 법과학 검체는 혈액이 묻은 FTAⓇ card(whatmanⓇ, Maidstone, UK), 청바지, 담배, 껌, 모발에 대해 정제되어 평가되었다. 정제된 DNA는 모두 실시간 PCR(Quantitative polymerase chain reaction; qPCR)을 통해 정량되었고. STR(Short tandem repeat) 및 CE(capillary electrophoresis)분석을 통해 DNA 프로파일이 비교되었다. 검체의 정제 과정에서 PDQeX 시스템은 세 개의 전혈 혈흔 중 한 개가 컬럼이 막혀 정제가 되지 않았으며, 나머지 두 개의 검체도 용출액이 60-70μL 정도로 30-40μL 적게 추출되었다. qPCR 정량 값 비교 결과 희석된 전혈 혈흔, 타액, 세포주와 같은 미량의 시료에서는 PDQeX 시스템이 두 가지 키트와 전체적으로 유사한 DNA 수율을 보였다. 키트별로 PCR 저해제의 정제정도를 보고자 농도별로 부식산을 제조하여 전혈 혈흔과 혼합한 결과 PDQeX 시스템에서는 1-10000ng/μL 중 100ng/μL의 부식산이 혼합 된 검체까지 DNA를 정량할 수 있어 검출한계가 QIAamp Blood mini 키트보다 민감하였다. 그러나 1000ng/μL이상 고농도의 부식산이 혼합된 경우 정제과정에서 저해제를 분리하지 못하는 것을 qPCR 정량결과로 확인하여 Maxwell 시스템보다 키트의 민감도가 떨어지는 것을 확인하였다. 겔 전기영동 분석 결과 PDQeX시스템과 QIAampⓇ DNA Blood mini 키트에서 100ng/μL 이상 고농도의 부식산에서 DNA가 깨져 단일밴드로 보이지 못하고, 아래쪽에 smear된 형상으로 밴드의 끌림을 확인할 수 있었다. PCR 증폭 효율을 보기 위한 GAPDH 증폭결과도 동일한 양상을 보였다. PDQeX 시스템의 현장적용 가능성을 평가하기 위해 모의 법과학 검체를 제작하고 각 키트별로 정량 및 DNA 프로파일링을 진행하였다. PDQeX 시스템으로 정제한 FTA 카드 1/125×에서 qPCR 정량 결과를 얻을 수 없었다. 그러나 1/5×, 1/25×에서 두 가지 정제 키트에 비해 정량 값이 2배정도 높았다. 모의 법과학 검체 4종류(청바지, 껌, 담배, 모발)에서는 PDQeX 시스템의 DI값이 가장 낮았으나 편차가 크지 않아 전반적으로 비슷하였다. STR과 CE 분석결과1/125× 희석혈흔이 묻은 FTA 카드에서 세 정제 키트 모두 완벽한 프로필을 얻지 못하였다. 그 외 PDQeX 시스템으로 정제한 껌의 프로파일을 제외하고 모든 검체에서 39개의 대립유전자 피크를 확인했고, 완벽한 프로필을 얻을 수 있었다. DNA 수율과 품질 외적인 부분에서 세 가지 정제 키트가 비교되었다. PDQeX 시스템은 시료 당 키트의 가격이 $5.07로 저렴하고, 75℃에서 활성화되는 EA1 효소를 사용하여 DNA 정제 속도가 15분으로 단축되어 가장 빠르다. 단일 시험관- 단일단계(One step-single tube)기반 다이랙트 정제 시스템이기 때문에 현장에서 교차오염 가능성도 적고, PDQeX 핵산 정제 장비를 제외하고 필요한 장비가 없어 실험실 밖에서의 사용이 용이하다. PDQeX 시스템은 DNA 품질과 수율에서 두 가지 정제 방법에 비해 민감도가 낮았지만, 개인 식별을 위한 DNA 프로파일을 얻기에 충분했다. 간단한 단일 정제단계와 자동화된 시스템으로 숙련자가 아니어도 재현성이 좋은 장점을 가지므로 짧은 시간 내에 많은 양의 현장시료를 효율적으로 처리할 수 있을 것으로 보여 범죄현장에서의 적용 가능성이 높은 것으로 사료된다. 그러나 PDQeX 시스템의 연구 데이터가 많지 않고, 극미량의 검체에서 민감도가 높지 않아 DNA 손실의 위험이 있다. 잠재적으로 유죄를 입증할 수 있는 증거를 잃을 수 있기 때문에 상황에 따라 DNA 프로파일을 얻을 확률이 큰 법과학 실험실로 보내야 하는지에 대한 현장수사관의 유연한 판단이 중요하다고 생각된다. Casework 증거물 및 생물학적 검체 개수가 많고 부패 우려가 있어 신속한 정제가 필요한 경우에는 PDQeX 시스템을 유용하게 사용할 수 있다고 판단된다. 추후 더 다양한 검체와 포렌식 모바일 DNA-기술(forensic mobile DNA-technology) 발전에 따라 PDQeX 시스템을 이용한 현장 기반 DNA 분석 프로세스를 시작할 수 있을 것이다.