Nature：生物技术里的“福尔摩斯”

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Nature：生物技术里的“福尔摩斯”
　　

　　一种用来推测微生物间关系的强大技术也逐渐将其触角伸向了每一个市民，开始介入罪案调查工作。不过法庭在采信相关证据时还是谨慎为好。

　　麻醉师Juan Maeso居住在西班牙海滨小镇巴伦西亚(Valencia)，他在那过着非常体面的生活。不过Maeso有一个不为人知的小秘密。差不多快10年了，在他工作的两家医院里，Maeso总是“克扣”病人的吗啡给自己注射，而且他给自己扎完之后连针头都不换，就直接再扎到病人的身上。

　　终于在2007年，Maeso因为让至少275名患者染上丙型肝炎(hepatitis C)而被判有罪，其中有4名患者还因此不治身亡。Maeso被判需入狱服刑1933年，不过按照西拔牙的法律，他最多只需要坐20年牢。

　　到今天，Maeso还在坚持上诉，声称自己无罪，他认为那些患者是自己染上丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)的。不过在去年才被完整披露的一份科学证据向世人展示的却是另外一种样子。这份科学调查是由西班牙巴伦西亚大学(University of Valencia)的Fernando González-Candelas等人完成的，他们使用种系发生技术(phylogenetic forensics)对将近4200条病毒基因组序列进行了分析和归类，希望能够推测出这些患者体内HCV病毒的感染历程和先后顺序。

　　这种种系发生技术结合了经典的进化生物学技术(evolutionary-biology)和最前沿的基因组测序技术(sequencing technology)，堪称古典与现代的完美结合，已经被越来越多地应用到民事与刑事案件的调查工作当中，以及生物反恐防护工作当中。比如在这个月发表的一篇论文里就介绍了科学家们如何利用这项技术查出了一批含有炭疽的海洛因的可能来源，这批毒品自2009年以来在欧洲已经导致多名用户死亡。

　　比利时Leuven大学(University of Leuven in Belgium)的进化遗传学家Anne-Mieke Vandamme也是这方面的专家，他自2002年以来已经接手过19起相关的案件，其中大部分都是作为辩护方身份出现的，她认为这种科技与法律的交融会产生很多问题。据她介绍，DNA证据是非常确凿的证据，全世界都在使用，但是这种种系发生证据可就没那么肯定了，“你永远都无法用这些证据证明某人有罪。” Vandamme评价道。

　　除了上述这个问题之外，还存在社会方面的考虑。很多患者权益组织都认为，这种在案件调查过程中追踪病原体来源的做法会让艾滋病等疾病处于更加难堪的境地。随着测序技术以及序列分析技术不断取得新的进展，这种种系发生探案技术也在不断地走向成熟，Vandamme带领的一个课题组正在尝试制定一份种系发生探案技术指南，以及如何将证据提交给法庭的指南，据她介绍，她们希望律师、法官以及检控官对这项技术的利与弊都有一个非常清楚的了解。

　　共性因素

　　Maeso的罪行之所以会曝光是因为西班牙公用事业公司(Spanish utility companies)的医生们注意到，在他们的员工当中出现了大量的HCV集中感染的情况。其中一位名叫Manuel Beltran的医生通过对这些员工的病例进行调查之后发现，这些被感染的员工在几个月之前全都在巴伦西亚的Casa de Salud医院(Hospital Casa de Salud in Valencia)接受过小手术。

　　于是Beltran医生与巴伦西亚当地的卫生部门取得了联系，最终启动了一场大规模的调查活动，对两家医院一共超过6.6万份病例进行了彻查。结果发现焦点全都汇聚到Maeso一人的身上。不过检控官还需要更多、更可靠的证据。

　　于是他们启用了种系发生学技术。HCV、HIV、以及流感病毒等病毒都属于RNA病毒，它们的突变速度非常快。科学家们通过对取自不同患者体内的病毒进行全基因组测序，然后再对这些基因组进行比对，找出其中的差异，这样就可以绘制出病毒的进化树，找出病毒的源头。据英国牛津大学(University of Oxford, UK)专门研究进化问题和感染性疾病问题的Oliver Pybus介绍，他们干的就是研究病毒谱系(virus genealogy)的工作。

　　科学家们借助这种种系发生研究工作就可以预测出两种，或者更多种感染微生物之间的相关性有多大，以及它们彼此之间是一种什么样的关系。检控官们已经在法庭上使用过这项技术，比如Richard Schmidt跨国感染案件。Schmidt于1998年被美国路易斯安那法院判处二级谋杀罪。因为他给他的前女友注射了含有HIV和HCV病毒的血液，却骗他前女友说给她注射的只是维生素B12。检控官们还在2001年时使用这种技术追查了涉及美国多家媒体和多名政客的炭疽孢子邮件的来源。他们还在几年前用这种技术调查过多起强奸案和儿童性虐待案，因为这些案件都涉及性传播疾病。

　　不过Vandamme认为，这种种系发生证据与我们所熟知的DNA证据完全不同，DNA证据能够确凿地证明某人无罪或者有罪。种系发生证据却只能够作为旁证，即证明A体内的病毒很有可能来自B，但是不能肯定地说A体内的病毒100%来自于B。比如在Maeso一案中，检控官们就使用种系发生证据为流行病学调查结论提供了佐证。

　　González-Candelas等人根据HCV基因组中高变区(highly variable region)的变异模式将这些患者体内的病毒分为了好几类，即进化树上的几个树杈，根据这株进化树就可以看出这些病毒之间的演化关系。科学家们经过分析之后认为，这321名患者中每人体内平均有11条病毒序列来自Maeso，而42名对照患者(即当地的其他HCV感染者)与本案(即Maeso)没有联系。科研人员最终为本案提交的进化树案卷长达11米。

　　科研人员们还根据这些序列信息为每一位受害者算出了一个似然比(likelihood ratios)，即被Maeso，以及之前被Maeso感染过的患者感染的几率除以正常情况下被感染的几率的比值。由于被感染者的人数非常多，而且彼此之间具有非常明显的种系发生关系，所以最终得出的似然比也相当高，大多数人的似然比都超过了105，最高的一位达到了6.6*1095，这也从一个侧面说明这种分析技术相当可靠。

　　在这次巴伦西亚事件中还有另外一件事情比较引人注目，那就是使用了“分子时钟(molecular clock)”技术，可以计算出每一位患者都是在什么时候被病毒感染的。科学家们对每一位患者体内的病毒多样性(genetic diversity)进行了分析，然后根据HCV病毒的突变率(mutation rate)估算出患者被感染的时间。其中大约有2/3的患者被感染的时间都与他们到巴伦西亚医院就诊的时间相吻合，这也从另外一个侧面表明Maeso就是病毒的源头。

　　不过在法庭上如何呈现这些证据也是有讲究的。González-Candelas和他的同事Andrés Moya就事先给法官和律师们上了两天的课，让他们对这些技术，以及科技名词等先有一个大致的了解，然后才开始了为期3周的科技证言陈述。

　　难点之一就是让法官和律师们了解这种种系发生证据与他们熟悉的DNA证据是不一样的。法官们必须了解这种种系发生分析非常的麻烦，由于HCV病毒的突变速度非常快，所以患者感染病毒的时间越长，那么他体内病毒的多样性程度就越复杂。

　　如果这名患者再感染其他人，那么此时他体内的任何一种新变异病毒都有可能传递给别人，法医们不可能，也没必要对所有的病毒样本进行分析，所以就有可能遗漏某些重要的关联，同时也有可能得到错误的关系结论。据Vandamme 介绍，他们不可能对两名‘嫌疑人’体内所有的病毒一一进行比对，他们都不会对同一名患者体内的不同病毒进行这样的比对。即便这些人体内的病毒高度相关，他们也可以绘制出好几种不同的进化树，这完全取决于他们在什么时候采集病毒样本，以及这些病毒在感染过程当中有多少病毒进入了被感染者体内。

　　在Maeso的这个案子中，他与大部分被感染者的关联系数都非常强。不过科学分析也排除了他与47名感染者存在相互感染关系的可能性，因此这47人提出的获得经济补偿的要求也没能得到法庭的支持。“我们的分析对所有人都是公平的。” González-Candelas说道。