Lịch sử giám định ADN và xu hướng phát triển

Lịch sử ra đời

Trước khi có giám định ADN, việc nhà khoa học Landsteiner người Áo phát hiện ra hệ thống nhóm máu ABO vào năm 1900 không chỉ giúp cho việc điều trị bệnh nhân và các nghiên cứu về máu, nhóm máu mà còn giúp cho các nhà điều tra thông qua dấu vết máu để truy tìm dấu vết tội phạm, xác định quan hệ huyết thống. Tuy nhiên ứng dụng phân tích các hệ thống nhóm máu chỉ giúp loại trừ những dấu vết hoặc những người không có quan hệ huyết thống mà không thể khẳng định được dấu vết máu là của ai hay họ có quan hệ huyết thống không.

Vậy mà phải mất 85 năm sau, tức là vào năm 1985, việc xác định quan hệ huyết thống mới được thực hiện. Khi đó, Alec Jeffreys và cộng sự làm việc tại trường Đại học Tổng hợp Leicester (nước Anh) phát hiện ra tính đa hình của các đoạn lặp trong phân tử ADN (Variable Number of Tandem Repeat - VNTR) của người. Điều thú vị đáng chú ý là những đoạn lặp này ở mỗi cá thể khác nhau là không giống nhau và trải dài trên phân tử ADN.

Alec Jeffreys coi đây là đặc điểm cá biệt để phân biệt giữa người nọ với người kia. Đồng thời, những đặc điểm này cũng được di truyền tuân theo định luật Mendel, đó là cơ sở khoa học để xác định quan hệ huyết thống. Như vậy, phát hiện của Alec Jeffreys được coi là dấu mốc đầu tiên đặt nền móng cho giám định ADN.

Tiếp theo, cũng vào thời điểm năm 1985, Kary Mullis (1944 – 2019) đã phát minh ra phản ứng nhân bội phân tử ADN (Polymerase Chain Reation – PCR). Với phản ứng này, từ một lượng ADN rất nhỏ ban đầu sau 28 - 32 chu kỳ, lượng ADN tăng lên hàng trăm triệu bản sao.

Do đó, rất thuận lợi cho các nghiên cứu tiếp theo, đặc biệt là các mẫu hình sự thường có lượng ít và bị biến tính. Phát minh ra phản ứng nhân bội ADN được coi như là bước đột phá trong khoa học, đặc biệt là trong nghiên cứu y sinh học phân tử của Thế kỷ XX. Chính vì vậy, Kary Mullis đã được trao giải Nobel vào năm 1993.

Từ năm 1986, Cảnh sát Hoàng gia Anh bắt đầu ứng dụng kỹ thuật phân tích ADN để xác định thủ phạm.

Một vụ án nổi tiếng thế giới lần đầu tiên áp dụng công nghệ ADN được thực hiện tại nước Anh vào năm 1986. Đó là hai nữ sinh tên là Lynda Mann và Dawn Ashworth đều ở tuổi 15 bị hiếp, giết vào hai thời điểm khác nhau là năm 1983 và 1986 tại vùng Leicestershere. Những tình tiết và tính chất vụ án gần như giống nhau nên các nhà điều tra cho rằng có thể là cùng một thủ phạm gây ra.

Trong quá trình điều tra, có một người đàn ông địa phương tên là Richard Buckland 17 tuổi, tự thú nhận là mình đã hiếp và giết Dawn Ashworth. Lập tức cảnh sát địa phương đã thu mẫu của người này để giám định ADN, nhưng kết quả không trùng khớp với mẫu tinh trùng thu được từ hai nạn nhân.

Cảnh sát đã phải thu hơn 5.000 mẫu máu của các đối tượng tình nghi là nam giới có độ tuổi từ 17 đến 34 ở những vùng xung quanh khu vực xảy ra vụ án để kiểm tra ADN nhưng cũng không có sự trùng khớp nào. Vụ án tưởng như bế tắc.

Sau gần một năm tại một quán bar, tình cờ có một phụ nữ đã nghe được một người đàn ông tên là Colin Pitchfork đang kể về việc làm thế nào mà anh ta đã lừa lấy mẫu máu của người bạn để thay cho mẫu máu của mình khi giám định. Ngay lập tức cảnh sát đã lấy mẫu máu của anh ta và giám định ADN. Kết quả cho thấy kiểu gen của anh ta hoàn toàn trùng khớp với các dấu vết ở hai vụ hiếp giết kể trên. Sau đó, anh ta đã bị buộc tội và kết án tù chung thân.

Năm 1988, Cục Điều tra Liên bang Mỹ (FBI) cũng đã bắt đầu ứng dụng kỹ thuật phân tích ADN để xác định tội phạm.

Tháng 10 năm 1990, tại Mỹ, Dự án hệ gen người (Human Genome Project-HGP) chính thức được bắt đầu. Đến ngày 12/02/2001, HGP và Celera đã công bố trình tự đầy đủ của hệ gen người - một sự kiện trọng đại trong sự phát triển của sinh học phân tử nói chung và trong việc nghiên cứu gen người nói riêng. Theo công bố này, số lượng gen trong bộ gen người có khoảng 35000 gen, trong đó có hàng chục ngàn locus STR (Short Tandem Repeat) được nghiên cứu ứng dụng để xác định huyết thống và truy nguyên cá thể.

Năm 1991, Giáo sư Thomas Caskey và cộng sự ở trường đại học tổng hợp Baylor, bang Texas đã đưa ra khuyến nghị sử dụng các đoạn lặp lại ngắn (Short Tandem Repeat – STR) vào trong giám định ADN hình sự. Theo đó tập đoàn Promega và Perkin Elmer cùng với hãng sinh học phân tử Roche đã chế tạo thành công bộ kít thương mại STR sử dụng trong giám định ADN. Các STR có tính vượt trội so với VNTR bởi đoạn lặp của chúng chỉ từ 2 - 5 cặp base và đơn vị nhân bội từ 100 – 500 cặp base, có khả năng thực hiện phản ứng nhân bội ADN của nhiều locus STR khác nhau. Đặc biệt, rất phù hợp đối với các mẫu có số lượng ít hoặc chất lượng kém như dấu vết hình sự.

Năm 1992, Sasch Willuweit cùng với Lutz Loewer và các cộng sự đã nghiên cứu, ứng dụng nhiễm sắc thể giới tính Y vào trong xác định mối quan hệ huyết thống. Về di truyền, nhiễm sắc thể Y chỉ di truyền theo dòng nội; do đó nhiễm sắc thể Y chỉ phân tích, so sánh giữa những người thuộc giới nam để xem có cùng huyết thống theo dòng nội hay không. Tiếp theo đó, nhóm tác giả này đã xây dựng công cụ phân tích trực tuyến YHRD để phân tích so sánh dựa trên các Y-STR của các quần thể người trên thế giới.

Năm 2003, Szibor và cộng sự đã nghiên cứu, đề xuất ứng dụng nhiễm sắc thể giới tính X vào trong xác định quan hệ huyết thống. Việc ứng dụng nhiễm sắc thể giới tính X vào trong xác định quan hệ huyết thống được xem là một phương pháp bổ trợ cho phương pháp phân tích autosomal STR khi phương pháp này chưa thể đưa ra được kết luận, chẳng hạn phân tích quan hệ huyết thống giữa bố và con gái hoặc bà nội - cháu gái trong trường hợp người bố không thể cung cấp mẫu.

Năm 1993, kit STR đầu tiên ra đời và đưa vào sử dụng; ban đầu chỉ là các kit sử dụng locus đơn lẻ, sau đó là các kit bộ đôi (Duplex) như TPOX/CSF1PO; kit bộ 3 (Triplex) gồm TH01/F13A/FES hoặc CFS1PO/TH01/TPOX (CTT)…

Nhưng ngày nay, hầu hết các phòng thí nghiệm đều sử dụng kit có từ 16, 17, 18 hoặc 24 locus STR. Các bộ kit này được chế tạo bởi các hãng Promega, Thermo Fisher Scientific và Qiagen. Ngoài ra một số quốc gia cũng chế tạo ra kit nội địa (Inhouse) như kit GoldenEye 20A, Rapit 21Plex System hoặc AGCU 21+1 STR của Trung Quốc; kit DNASE 21 của Tây Ban Nha…

Năm 1995, Cảnh sát Hoàng gia Anh là cơ quan thực thi pháp luật đầu tiên trên thế giới xây dựng tàng thư ADN tội phạm. Theo đó tất cả những người phạm tội bị tuyên án phạt tù đều được lấy mẫu để lưu trong cơ sở dữ liệu.

Năm 1996, Cục Điều tra Liên bang Mỹ (FBI) đã bắt đầu ứng dụng ADN ti thể (mt DNA) nhằm phân tích ADN từ các mẫu hài cốt để xác định quan hệ huyết thống theo dòng mẹ. Tuy nhiên đây là kỹ thuật phức tạp, không phải lúc nào cũng đạt được kết quả mong muốn mà phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng mẫu và các điều kiện chuyên môn khác.

Tiếp theo, đến năm 1998, FBI cũng bắt đầu xây dựng tàng thư ADN tội phạm bằng bộ kit CODIS (13 locus STR). Đến năm 2017, kit CODIS đã tăng lên đến 20 locus STR.

Theo tổ chức Cảnh sát hình sự quốc tế (Interpol), đến năm 2019 đã có 70 quốc gia thành viên Interpol đã xây dựng tàng thư ADN tội phạm.

Tại Việt Nam, năm 1999, Viện Khoa học Hình sự thuộc Bộ Công an là cơ quan công lập đầu tiên đã triển khai giám định ADN để phục vụ cho công tác nghiệp vụ của ngành với trang thiết bị đồng bộ, hiện đại tầm quốc tế lúc bấy giờ.

Năm 2007, tại Copenhagen, Đan Mạch, Hiệp hội Di truyền hình sự quốc tế (ISFG) đã đề xuất về khả năng ứng dụng tính đa hình đơn nucleotid - Single Nucleotide Polymorphism (SNP) vào trong khoa học hình sự. Đến năm 2014, Hãng Illumina (Mỹ) đã sử dụng thiết bị Next Generation Sequencing (NGS) để phân tích các SNP cùng với các STR trong truy nguyên cá thể, xác định quan hệ huyết thống và chủng tộc. Nếu phân tích từ 50 - 90 SNP thì độ tin cậy tương đương bộ kit CODIS (Mỹ) có 13 locus autosomal STR.

Đến nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều đã đưa công nghệ ADN vào trong công tác giám định phục vụ công tác điều tra, truy tố và xét xử tội phạm cũng như phục các yêu cầu của xã hội. Do đó, các hãng nghiên cứu và chế tạo trên thế giới cũng đã cho ra đời nhiều thiết bị phân tích, các bộ kit xét nghiệm cho lĩnh vực này. Đồng thời, hành lang pháp lý cũng được hoàn thiện để bảo đảm tính pháp lý và khoa học của lĩnh vực giám định ADN.

Giám định ADN ra đời từ ban đầu chủ yếu nhằm giải quyết các vụ việc mang tính hình sự. Vì vậy, thuật ngữ Forensic DNA (được hiểu là ADN hình sự) được ra đời và tồn tại đến bây giờ. Tuy nhiên, ngày nay, đối tượng của giám định ADN được mở rộng hơn rất nhiều.

Xu hướng phát triển của giám định ADN

Cho đến nay, sử dụng các locus STR (bao gồm autosomal STR, Y-STR, X-STR) cùng với điện di mao quản (CE) được coi là tiêu chuẩn vàng trong giám định ADN. Tuy nhiên, với xu hướng phát triển của công nghệ và từ thực tế của giám định ADN hình sự, các nhà chuyên môn cũng như các hãng công nghệ đã định hướng phát triển lĩnh vực giám định này trong tương lai.

Trước hết là tăng số lượng các locus trong các bộ kit phân tích nhằm tăng độ tin cậy, hạn chế sai sót khi phân tích các trường hợp loạn luân, quan hệ cận huyết, họ hàng gần hoặc các trường hợp có đột biến.

Phân tích các SNP kết hợp với các locus STR nhằm khai thác tối đa các đặc điểm nhằm xác định cá thể, quan hệ huyết thống, phân tích kiểu hình và chủng tộc dựa trên công nghệ NGS (Next Generation Sequencing). SNP có ưu điểm nổi trội so với các marker khác do SNP có ưu điểm là rất ít đột biến, phù hợp để phân tích các mẫu hình sự do lượng ADN ít, bị đứt gẫy và biến tính. Các SNP không chỉ áp dụng để phân tích các mẫu hình sự mà còn sử dụng trong xác định huyết thống không xâm lấn và các ứng dụng y học khác.

Phát triển các bộ kit mini STR để phù hợp với các mẫu hình sự

Cải tiến công nghệ, thiết bị và các bộ kit để giám định nhanh ADN. Đây là một xu thế mới của các nước phát triển nhằm truy tìm “dấu vết nóng” trong các vụ án hình sự cũng như kiểm soát an ninh biên giới đối với vấn đề nhập cư. Theo đó, một số thiết bị mới được ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu này.

Với thiết bị giám định nhanh ADN thì không cần phòng thí nghiệm (outside Laboratory) và một số thiết bị hỗ trợ khác mà chỉ cần thiết bị chính có thể vận chuyển dễ ràng, khi đó giám định viên chỉ cần đưa mẫu vào thiết bị, sau 90 phút sẽ cho ra đầy đủ kiểu gen. Các thiết bị được biết đến là ANDE (Accelerated Nuclear DNA Equipment), RapitHit hoặc SeqStudio Genetic Analyzer.

Nguyên lý hoạt động của loại thiết bị này là toàn bộ quy trình phân tích từ tách chiết ADN cho đến phân tích để cho ra kiểu gen được tích hợp trong một Chip hoặc Cartridge cùng với phầm mềm phân tích. Các thiết bị này có khả năng phân tích 5 mẫu cho một lần chạy với dữ liệu 24 - 27 locus STR, trong đó có cả locus xác định giới tính (Amelogenin) và Y-STR. Giám định nhanh ADN đã được sử dụng tại Mỹ và một số nước phát triển trên thế giới.

Ngoài ra, một số tác giả cũng đã đề xuất ứng dụng Indel (Insert/Delete) trong giám định ADN. Tuy nhiên những marker này chưa được ứng dụng rộng rãi.

Đại tá Hà Quốc Khanh