Môi trường ảnh hưởng đến nồng độ DNA trong vết máu và nước bọt: Một đánh giá

Phân tích DNA pháp y có ảnh hưởng to lớn đến các cuộc điều tra tội phạm, cung cấp bằng chứng quan trọng để xác định nghi phạm, minh oan cho người vô tội và giải quyết tội phạm. Các mẫu sinh học, chẳng hạn như vết máu và nước bọt, thường được phát hiện tại hiện trường vụ án và có thể mang lại bằng chứng DNA quan trọng Tuy nhiên, các yếu tố môi trường làm thay đổi độ ổn định và nồng độ DNA trong các vết sinh học này có thể gây nguy hiểm cho độ chính xác và độ tin cậy của phân tích DNA pháp y. Nhiều yếu tố môi trường gặp phải trong quá trình thu thập, lưu trữ và phân tích mẫu ảnh hưởng đến độ ổn định của DNA trong các mẫu sinh học. Các biến chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của DNA là loại chất nền, nhiệt độ, độ ẩm và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời

Các nhà khoa học pháp y phải hiểu cách các điều kiện môi trường này ảnh hưởng đến việc bảo toàn tính toàn vẹn của bằng chứng DNA trong các cuộc điều tra tội phạm để tối ưu hóa các quy trình. Một thành phần môi trường quan trọng ảnh hưởng đến sự ổn định của DNA là nhiệt độ. Nhiệt độ cao đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân phá vỡ DNA, dẫn đến sự phân mảnh các phân tử DNA [6]. Mặt khác, nhiệt độ thấp có thể không ngăn chặn hoàn toàn sự phân hủy nhưng chắc chắn có thể làm chậm quá trình này, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý nhiệt độ trong khi xử lý và lưu trữ mẫu. Các yếu tố môi trường dẫn đến sự phân hủy DNA và tạo ra mức đỉnh STR thấp. Sự phân hủy môi trường này có thể dẫn đến các tổn thương DNA phức tạp và sự phân mảnh [7,8].

Trong các dấu vết sinh học, việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời có thể gây hại nghiêm trọng cho các phân tử DNA. Tia cực tím (UV) của ánh sáng mặt trời gây đứt gãy sợi và liên kết chéo trong DNA do hư hỏng do ánh sáng. Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong thời gian dài có thể gây ra sự suy giảm đáng kể của DNA, khiến việc phân tích pháp y trở nên khó khăn. Việc duy trì tính toàn vẹn của bằng chứng DNA tại hiện trường vụ án đòi hỏi các biện pháp phòng ngừa bao gồm hạn chế tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và sử dụng vật liệu được bảo vệ khỏi tia UV [9].

Độ ổn định của DNA cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ ẩm. Độ ẩm cao thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật, làm tăng khả năng làm ô nhiễm và phân hủy DNA. Hơn nữa, độ ẩm môi trường có thể thúc đẩy quá trình thủy phân DNA, gây nguy hiểm hơn nữa cho tính toàn vẹn của DNA. Do đó, điều cần thiết là phải duy trì mức độ độ ẩm thích hợp trong quá trình xử lý và lưu trữ mẫu để bảo toàn tính toàn vẹn của bằng chứng DNA [10-12]. Tóm lại, tính ổn định và tính toàn vẹn của DNA trong vết máu và nước bọt bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các biến số môi trường, từ đó ảnh hưởng đến tính hợp lệ của phân tích DNA pháp y. Việc hiểu các biến số này là bắt buộc trong việc xây dựng các quy trình pháp y hiệu quả và đảm bảo bảo toàn tính toàn vẹn của bằng chứng DNA trong các cuộc điều tra hình sự [13].

Các nhà khoa học pháp y có thể cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phân tích DNA bằng cách điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, mức độ tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và loại chất nền, điều này cuối cùng sẽ giúp ích cho việc thực thi công lý

Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sản lượng DNA
Độ ổn định và tính toàn vẹn của DNA trong vết máu và nước bọt bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biến số môi trường, từ đó ảnh hưởng đến độ tin cậy của phân tích DNA pháp y. Các biến số này bao gồm một loạt các tình huống có thể phát sinh trong quá trình chuẩn bị, lưu trữ và kiểm tra mẫu, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến việc bảo quản và phân hủy DNA [15]. Các nhà khoa học pháp y phải hiểu rõ về các tác động của môi trường để tạo ra các quy trình hiệu quả và đảm bảo chất lượng giải thích bằng chứng DNA trong các cuộc điều tra tội phạm. DNA bị phân hủy bởi các yếu tố môi trường dẫn đến giảm quá trình khuếch đại và giải trình tự [16].

Nhiệt độ
Độ ổn định của DNA bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ. Nhiệt độ cao đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân phá vỡ DNA, dẫn đến phân mảnh phân tử DNA. Mặt khác, nhiệt độ thấp có thể không ngăn chặn hoàn toàn sự suy thoái nhưng chắc chắn có thể làm chậm quá trình này. Để giảm sự suy thoái DNA và duy trì tính toàn vẹn của mẫu, phải duy trì kiểm soát nhiệt độ trong quá trình xử lý, lưu trữ và vận chuyển mẫu [17]. Theo bài báo nghiên cứu ‘Điều tra sự suy thoái DNA trong các mẫu máu pháp y sau khi tiếp xúc với các điều kiện môi trường khác nhau’, DNA dần bị phân hủy khi thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ 55°C tăng lên [18].

Trong khoa học pháp y, nhiệt độ có tác động đáng kể đến độ ổn định của DNA, đặc biệt là khi kiểm tra các vật liệu sinh học như vết máu và nước bọt. Thông qua nhiều cơ chế sinh hóa và vật lý, nhiệt độ ảnh hưởng đến độ ổn định của DNA, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phân tích DNA [19]. Các nhà khoa học pháp y phải hiểu được tác động của nhiệt độ để tạo ra các quy trình làm giảm sự suy giảm DNA và duy trì tính toàn vẹn của mẫu. Sau đây là những cách chính mà nhiệt độ ảnh hưởng đến độ ổn định của DNA:

Sự thoái hóa DNA: Tốc độ thoái hóa DNA tăng tốc đáng kể do nhiệt độ. Nhiệt độ cao có thể đẩy nhanh quá trình thủy phân phân tử DNA, có thể dẫn đến phá vỡ liên kết phosphodiester và phân mảnh sợi DNA. Quá trình này phân hủy DNA thành các phần nhỏ hơn và dễ nhận thấy nhất ở nhiệt độ cao. Vì sự phân mảnh DNA làm thay đổi chất lượng và số lượng DNA có thể tiếp cận để lập hồ sơ, nên nó có thể khiến phân tích pháp y trở nên khó khăn hơn [19].

Biến tính: Khi liên kết hydro giữa các cặp bazơ bổ sung bị phá vỡ, chuỗi xoắn kép DNA tách thành các sợi thành phần của nó, một quá trình được gọi là biến tính. Nhiệt độ cao hơn thúc đẩy biến tính các phân tử DNA, từ đó ảnh hưởng đến tính ổn định của các chuỗi kép DNA. Biến tính có thể xảy ra trong quá trình xử lý mẫu được làm nóng bao gồm khuếch đại Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) và chiết xuất DNA. Vì lý do này, điều cần thiết là phải duy trì nhiệt độ lý tưởng trong suốt các quá trình này để tránh biến tính DNA và giữ nguyên tính toàn vẹn của mẫu [20].

Hoạt động của enzym: Các enzym tham gia vào quá trình phân hủy DNA bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Hoạt động phụ thuộc vào nhiệt độ được thể hiện bởi các nuclease, đây là các enzym xúc tác quá trình phân hủy các liên kết phosphodiester trong DNA. Nhiệt độ cao có khả năng đẩy nhanh quá trình phân hủy các phân tử DNA bằng enzym bởi các nuclease có trong các mẫu sinh học. Do đó, để giảm sự phân hủy DNA bằng enzym và duy trì chất lượng mẫu, việc quản lý nhiệt độ là rất quan trọng trong suốt quá trình xử lý và lưu trữ mẫu [21,22].

Điều kiện bảo quản: Độ ổn định của DNA trong quá trình bảo quản mẫu cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Việc tăng nhiệt độ có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy DNA, đặc biệt là trong các mẫu sinh học đã tiếp xúc với môi trường trong thời gian dài. Do đó, điều quan trọng là phải duy trì nhiệt độ thích hợp trong quá trình bảo quản và vận chuyển mẫu, chẳng hạn như bằng cách sử dụng tủ lạnh hoặc bảo quản chúng ở nhiệt độ thấp [23].

Phân tích pháp y: Những thay đổi liên quan đến nhiệt độ trong độ ổn định của DNA có thể tác động đến phân tích pháp y vì DNA bị hỏng có thể tạo ra các hồ sơ không chính xác hoặc không đầy đủ. Nhiệt độ cao tại hiện trường vụ án hoặc trong quá trình xử lý mẫu có thể làm hỏng bằng chứng DNA, khiến chúng kém phù hợp hơn cho việc giám định pháp y. Do đó, để bảo toàn tính toàn vẹn của bằng chứng DNA và cải thiện độ chính xác của các cuộc điều tra pháp y, các chuyên gia pháp y phải tính đến các kỹ thuật kiểm soát nhiệt độ khi thu thập, xử lý và lưu trữ các vật liệu sinh học [24].

Độ ẩm
Độ ẩm của môi trường có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của DNA theo một số cách. Độ ẩm tương đối cao thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn, do đó làm tăng khả năng nhiễm bẩn DNA và phá hủy nuclease. Hơn nữa, độ ẩm của môi trường có thể thúc đẩy quá trình thủy phân DNA, gây nguy hiểm hơn nữa cho tính toàn vẹn của DNA. Do đó, điều quan trọng là phải duy trì mức độ ẩm thích hợp trong quá trình xử lý và lưu trữ mẫu để ngăn chặn sự suy giảm DNA và duy trì chất lượng mẫu.

Trong các mẫu sinh học như vết máu và nước bọt, độ ẩm—lượng hơi nước trong không khí—là yếu tố cần thiết cho sự ổn định và toàn vẹn của DNA. Độ tin cậy và độ chính xác của phân tích DNA pháp y có thể bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tác động của độ ẩm lên DNA [25]. Các nhà khoa học pháp y phải hiểu rõ những tác động này để tạo ra các quy trình làm giảm sự suy giảm DNA và duy trì tính toàn vẹn của mẫu. Sau đây là những cách chính mà độ ẩm ảnh hưởng đến sự ổn định của DNA:

Sự phát triển của vi khuẩn: Trong các mẫu sinh học, độ ẩm cao thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm. Vết máu và nước bọt có thể bị nhiễm các vi sinh vật từ môi trường hoặc da người, có thể gây ra sự suy giảm DNA. Chất lượng và tính toàn vẹn của mẫu DNA bị ảnh hưởng do sự xâm nhập của nuclease và các enzyme khác do sự nhiễm khuẩn, có thể phá vỡ các phân tử DNA. Do đó, để giảm sự nhiễm khuẩn và duy trì tính toàn vẹn của DNA, độ ẩm phải được kiểm soát cẩn thận trong quá trình xử lý và lưu trữ mẫu.

Thủy phân DNA: Bằng cách thúc đẩy quá trình thủy phân, quá trình hóa học mà các phân tử nước phá vỡ các liên kết phosphodiester trong các phân tử DNA, độ ẩm ảnh hưởng đến tính ổn định của DNA. Độ ẩm tương đối cao làm tăng tính khả dụng của các phân tử nước, thúc đẩy quá trình thủy phân DNA và phân mảnh sợi. Quá trình này đặc biệt đáng chú ý trong các mẫu sinh học đã để trong điều kiện ẩm ướt trong một thời gian dài. Sự phân mảnh DNA do thủy phân gây ra có thể làm cho phân tích pháp y trở nên khó khăn hơn bằng cách ảnh hưởng đến loại và lượng DNA có thể được sử dụng để lập hồ sơ [26,27].

Bảo quản mẫu: Việc bảo quản DNA trong các mẫu sinh học trong quá trình lưu trữ và vận chuyển có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm xung quanh. Độ ẩm cao có thể thúc đẩy sự hình thành nấm mốc, có thể làm hỏng DNA và gây nguy hiểm cho tính toàn vẹn của mẫu. Hơn nữa, độ ẩm trong khí quyển có thể khiến các giọt nước hình thành trên bề mặt hoặc hộp đựng mẫu, có thể thủy phân DNA và khiến DNA bị phân hủy. Để bảo vệ tính toàn vẹn của DNA trong quá trình lưu trữ và vận chuyển mẫu, điều quan trọng là phải duy trì độ ẩm ở mức tối ưu và sử dụng các hộp đựng lưu trữ phù hợp, chẳng hạn như bao bì kín khí và chống ẩm [28].

Thu thập mẫu: Độ ổn định của DNA cũng có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện độ ẩm tại hiện trường vụ án hoặc khi thu thập mẫu. Các yếu tố môi trường có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy DNA trong các mẫu sinh học để lại tại hiện trường bao gồm độ ẩm quá cao, tiếp xúc với mưa hoặc ẩm ướt. Khi thu thập các mẫu sinh học, các điều tra viên pháp y cần tính đến điều kiện độ ẩm để giảm sự suy giảm DNA và duy trì tính toàn vẹn của mẫu để phân tích sau này [29].

Tiếp xúc với ánh sáng mặt trời
Trong các vết bẩn sinh học, việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, đặc biệt là bức xạ cực tím (UV), có thể gây ra tổn thương do ánh sáng DNA. Các phân tử DNA bị phân hủy do đứt gãy sợi và liên kết chéo do tia UV gây ra. Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong thời gian dài có thể gây tổn thương nghiêm trọng DNA trong vết máu và nước bọt, khiến việc phân tích pháp y trở nên khó khăn hơn. Do đó, việc duy trì tính toàn vẹn của bằng chứng DNA trong quá trình thu thập và lưu trữ mẫu đòi hỏi phải hạn chế tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và sử dụng các kỹ thuật bảo vệ tia UV.

Độ ổn định và tính toàn vẹn của DNA trong các vật liệu sinh học, chẳng hạn như vết máu và nước bọt, có thể bị ảnh hưởng đáng kể do tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Bức xạ cực tím (UV) do ánh sáng mặt trời gây ra, đặc biệt là ở bước sóng UVB và UVC, có thể gây ra nhiều loại tổn thương DNA, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phân tích DNA pháp y. Các nhà khoa học pháp y phải hiểu cách ánh sáng mặt trời ảnh hưởng đến độ ổn định của DNA để tạo ra các quy trình làm giảm sự suy giảm DNA và duy trì tính toàn vẹn của mẫu [29]. Sau đây là những cách chính mà việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời làm thay đổi độ ổn định của DNA:

Tổn thương do tia cực tím: Cả quá trình trực tiếp và gián tiếp đều có thể khiến các phân tử DNA bị tổn thương do bức xạ cực tím từ ánh nắng mặt trời. Khi các photon cực tím được hấp thụ bởi các phân tử DNA, chúng gây ra tổn thương do ánh sáng trực tiếp, dẫn đến việc tạo ra các tổn thương DNA như pyrimidine (6-4)

sản phẩm quang pyrimidone [(6-4)PP] và Cyclobutane Pyrimidine Dimers (CPD). Các loài oxy phản ứng (ROS), có thể oxy hóa và phá hủy các phân tử DNA, được tạo ra trong tế bào bởi bức xạ UV và gây ra tổn thương quang gián tiếp. Những tổn thương DNA này có khả năng làm suy yếu tính toàn vẹn và độ ổn định của các sợi DNA bằng cách thay đổi cấu trúc và thay đổi thành phần hóa học của chúng [30].

Đứt gãy chuỗi DNA: Đứt gãy chuỗi DNA có thể xảy ra khi tổn thương do tia cực tím gây ra cắt đứt xương sống phosphodiester của các phân tử DNA. Tùy thuộc vào mức độ tổn thương do tia cực tím gây ra, cả Đứt gãy chuỗi đơn (SSB) và Đứt gãy chuỗi đôi (DSB) đều có thể xảy ra. Đứt gãy chuỗi DNA có thể khiến các phân tử DNA mất tính toàn vẹn và cản trở quá trình phiên mã và sao chép. Hơn nữa, đứt gãy chuỗi DNA có thể làm giảm chất lượng và số lượng DNA có sẵn để lập hồ sơ, có thể dẫn đến mất thông tin di truyền và ảnh hưởng đến tính hợp lệ của phân tích DNA pháp y [31].

Liên kết chéo: Việc tạo ra các liên kết chéo giữa các sợi DNA lân cận hoặc giữa DNA và protein cũng có thể được thực hiện bởi tổn thương do ánh sáng do tia cực tím gây ra. Các tổn thương DNA phản ứng như CPD và (6-4)PP có thể liên kết cộng hóa trị với các nucleotide hoặc protein gần đó để tạo thành các liên kết chéo. Các liên kết chéo có thể gây ra sự bất ổn định bộ gen và rối loạn chức năng tế bào bằng cách cản trở các hoạt động sao chép, phiên mã và sửa chữa DNA. Hơn nữa, độ chính xác của hồ sơ DNA có thể bị ảnh hưởng bởi khả năng chống lại các kỹ thuật phân tích DNA pháp y của các phân tử DNA liên kết chéo như chiết xuất và khuếch đại DNA [32].

Bảo quản mẫu: Khi các mẫu sinh học được tiếp xúc với môi trường bên ngoài hoặc để lại tại hiện trường vụ án, ánh sáng mặt trời có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy DNA trong các mẫu đó. Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong thời gian dài có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho DNA, chẳng hạn như đứt sợi, phân mảnh và liên kết chéo, làm tổn hại đến các mẫu DNA được sử dụng để điều tra pháp y. Do đó, để duy trì tính toàn vẹn của DNA trong quá trình thu thập và vận chuyển mẫu, điều quan trọng là phải giảm tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và sử dụng các biện pháp bảo vệ thích hợp, chẳng hạn như phủ các mẫu bằng vật liệu mờ đục hoặc giữ chúng trong các hộp đựng được bảo vệ bằng tia UV [33].

Loại chất nền
Độ ổn định và bảo quản DNA có thể bị ảnh hưởng bởi loại chất nền mà các vết bẩn sinh học được áp dụng. Vải và giấy là những ví dụ về chất nền xốp có thể hấp thụ và giữ chất lỏng sinh học, tạo ra môi trường lý tưởng cho việc bảo quản DNA. Mặt khác, các bề mặt không xốp, chẳng hạn như kim loại và thủy tinh, có thể không giữ được chất lỏng tốt, điều này có thể dẫn đến sự bốc hơi nhanh và có thể làm hỏng DNA. Để tối đa hóa quá trình phục hồi và phân tích DNA, các kỹ thuật pháp y cần xem xét các đặc tính của chất nền [34,35].

Tiếp xúc với oxy
Sự hiện diện của oxy có thể gây ra tổn thương oxy hóa cho DNA. Giảm sản xuất và tính toàn vẹn của DNA có thể là kết quả của sự đứt gãy chuỗi DNA và những thay đổi do tiếp xúc với nồng độ oxy cao hoặc các loài oxy phản ứng. Oxy tham gia vào các phản ứng oxy hóa có khả năng gây hại cho các thành phần sinh học. Khi có oxy, các loài oxy phản ứng (ROS) như các gốc tự do có thể được tạo ra. Sự phân hủy DNA, protein, lipid và các thành phần sinh học khác có thể là kết quả của các ROS này phản ứng với và làm hỏng các thành phần này. Sự suy giảm màng lipid có thể do tổn thương oxy hóa

Kết Luận: Điều kiện môi trường có tác động đáng kể đến tính ổn định và toàn vẹn của DNA trong vết máu và nước bọt, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phân tích DNA pháp y. Nhiệt độ, độ ẩm, tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và loại chất nền là các biến số môi trường chính ảnh hưởng đến tính ổn định và phân hủy DNA.

Nhiệt độ cao làm tăng sự phân hủy DNA thông qua các quá trình như oxy hóa và thủy phân, dẫn đến sự phân mảnh DNA. Duy trì kiểm soát nhiệt độ chính xác trong quá trình xử lý, lưu trữ và vận chuyển mẫu là rất quan trọng để ngăn ngừa sự phân hủy DNA. Độ ẩm môi trường có thể kích thích sự phát triển của vi khuẩn và thủy phân DNA, dẫn đến nhiễm bẩn và phân mảnh DNA. Kiểm soát mức độ độ ẩm là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của DNA trong suốt quá trình xử lý và lưu trữ mẫu.

Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, đặc biệt là bức xạ UV, có thể gây ra tổn thương DNA do ánh sáng, dẫn đến đứt sợi, liên kết chéo và các loại tổn thương DNA khác. Việc hạn chế tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và triển khai các kỹ thuật bảo vệ khỏi tia UV là rất quan trọng để bảo toàn tính toàn vẹn của bằng chứng DNA. Loại chất nền mà vết bẩn sinh học được tạo ra cũng có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của DNA, với các bề mặt xốp như vải duy trì DNA hiệu quả hơn các bề mặt không xốp. Tóm lại, việc nhận biết và quản lý các yếu tố môi trường quan trọng này là rất quan trọng đối với các nhà khoa học pháp y đang tìm cách tối ưu hóa các kỹ thuật phân tích DNA và đảm bảo độ tin cậy của bằng chứng DNA trong các cuộc điều tra tội phạm.

Theo https://www.forensicscijournal.com/articles/jfsr-aid1057.php