生物化学与分子生物学/基因诊断

基因诊断和基因治疗 - 基因诊断 - 基因治疗
基因诊断最早的医学实践始于1976年，美国加州大学旧金山分校的华裔科学家Y.W.Kan博士利用DNA片段多态性分析技术，对镰状细胞贫血这一遗传性血红蛋白病进行了特异性产前诊断，开创了基因诊断的历史先河。伴随着临床手段的不断进步，基因诊断技术已经逐步地从实验研究进入临床应用阶段，作为一种新的诊断模式，基因诊断在许多重大疾病的早期诊断、鉴别诊断、分期分型、疗效判断、预后的预测等方面显示了独特的优势，广泛地应用于遗传性疾病、感染性疾病及肿瘤等疾病的诊断，使基因诊断技术在临床应用方面的作用逐步得到凸显。

基因诊断的概念及特点

基因诊断是针对DNA和RNA的分子诊断

人类遗传病的基因诊断是分析遗传信息携带分子的序列，从而在分子水平上确定疾病的病因所在。从广义上说，凡是用分子生物学技术对生物体的DNA序列及其产物（如mRNA和蛋白质）进行的定性、定量分析，都称为分子诊断(molecular diagnosis)。从技术角度讲，目前的分子诊断方法主要是针对DNA分子的，涉及功能分析时，还可定量检测RNA( 主要是mRNA)和蛋白质等分子。通常将针对DNA和RNA的分子诊断称为基因诊断(gene diagnosis)。
因为绝大部分疾病的表型是由基因结构及其功能异常或外源性病原体基因的异常表达造成的，这也是疾病发生的根本原因。因此以遗传物质作为诊断目标，可以在临床症状和表型发生改变前作出早期诊断，属于病因诊断，并且基因诊断的结果还能够提示疾病发生的分子机制。大多数疾病的发生过程都存在基因结构和表达水平的改变。单基因病主要由病人某种基因突变，致使其编码的蛋白质的生物学功能发生改变。如迪谢内肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy, DMD)是X染色体隐性遗传疾病，抗肌萎缩蛋白(dystrophin)基因突变所致肌萎缩蛋白缺乏或功能异常是导致疾病发生的根本原因；心血管疾病、糖尿病、高血压、阿尔茨海默病等疾病不具有典型的孟德尔遗传模式，这一类疾病具有明显的家族遗传倾向，与某些遗传标记有显著的关联性，其致病原因尚未清楚，可能与基因组多个较微弱的基因效能累加有关，称为遗传学疾病或多基因病，肿瘤的发生发展具有多因素和多阶段性，在每个阶段可能发生基因结构与功能的改变；而对于感染性疾病来说，病原体的侵入必定使病人体内存在病原体的遗传物质。基因诊断正是通过检测与分析基因结构与功能（包括外源病原体基因）及基因表达的异常改变，从而对疾病进行诊断。

基因诊断在疾病诊断上具有独特的优势

早期医学诊断是根据病人的临床症状和体征来进行判断，随着检验技术手段的提升，逐步发展为以疾病的表型改变为依据，而大部分疾病的表型改变缺乏特异性，并且往往是在疾病的中晚期才出现，常常不能作出及时准确的诊断。相比之下基因诊断不依赖疾病表型改变，直接以致病基因、疾病相关基因、外源性病原体基因或其表达产物为诊断对象，具有特异性强、灵敏度高、可早期诊断、应用性广的独特优势。

特异性强 基因诊断是以基因结构（包括病人自身基因和外源性病原体基因）及其表达产物 (RNA或蛋白质）为检测对象，而不是疾病表型。由于基因的突变及其功能异常、外源性病原体基因的存在是疾病发生的根本原因，因此，基因诊断属于病因诊断，具有高度的特异性。采用分子生物学技术能够检测出这些特异的碱基序列，从而判断病人是否发生与携带某些基因突变，以及是否存在外源性病原体基因，从而作出特异性诊断。
灵敏度高 基因诊断常利用PCR和核酸杂交的技术手段。PCR技术可将待测核酸样品进行特异性高效扩增达百万倍，亦可以对极其微量的几个细胞、一根头发、一滴血迹、组织切片和石蜡包埋组织块中的DNA进行高效扩增。而核酸杂交技术利用核酸杂交的特异性，由于使用了具有生物催化活性的酶、放射性核素标记或荧光素标记的高灵敏度探针来检测，因此，具有很高的灵敏度。目前临床上，常常把核酸杂交技术与PCR技术联合使用，用于检测微量的病原体基因及其拷贝数极少的各种基因突变，具有较高的灵敏度。
可进行决速和早期判断 人类所患疾病种类繁多，各种疾病的表型千差万别，仅依据表型改变难以准确地作出快速和早期诊断。但绝大部分疾病都可以应用分子生物学技术进行基因水平的检测，甚至可以在表型未发生改变的清况下进行准确的早期诊断。与传统的诊断技术相比，基因诊断的过程更为简单与直接，如采用细菌培养技术对感染性疾病作出诊断通常需要数天的时间，而采用基因诊断技术只需数个小时。
适用性强、诊断范围广 伴随着“人类基因组计划”的完成和“功能基因组计划”的不断推进，已被克隆的疾病基因和疾病相关基因也越来越多，人们对许多疾病发生的分子机制有了更深的认识，这为基因诊断的发展提供了坚实的理论基础。采用基因诊断技术不仅可以在基因水平上对大多数疾病进行诊断，还能对有遗传病家族史的致病基因携带者作出预警诊断，也能对有遗传病家族史的胎儿进行产前诊断。基因诊断也可以用于评估个体对肿瘤、心血管疾病、精神疾病、高血压等多基因病的易感性和影病风险，以及进行疾病相关状态的分析，包括疾病的分期分型、发展阶段、抗药性等方面。另外，基因诊断还可以快速检测不易在体外培养和在实验室中培养安全风险较大的病原体，如艾滋病病毒、肝炎病毒、流行性感冒病毒等。

基因诊断的样品来源广泛

临床上可用于基因诊断的样品有血液、组织块、羊水和绒毛、精液、毛发、唾液和尿液等。在选择被测样品时，可根据材料来源和分析目的提取其基因组DNA或各种RNA, 后者可经逆转录形成cDNA。 RNA的分析必须用新鲜样品。在开展胎儿DNA诊断时，除传统的羊水、绒毛和肪带血样品外，从母亲外周血中提取胎儿细胞或胎儿DNA的先进技术已经初步应用于临床实践。
进行基因诊断的前提是疾病表型与基因型的关系已被阐明。人类遗传病的表型是由个体基因型决定的，故对遗传病的诊断也可理解为进行个体的基因分型。

基因诊断的基本基础日趋成熟

基因诊断包括检测个体的基因序列特征、基因突变、基因的拷贝数以及是否存在病原体基因等。基因诊断技术可分为定性和定证分析两类技术。基因分型和检测基因突变属于定性分析，测定基因拷贝数及基因表达产物量则属于定量分析。在检测外源感染性病原体基因时，定性分析可诊断其在人体存在与否，而定量分析则可确定其含量。从理论上来讲，所有检测基因表达水平或基因结构的方法都可用于基因诊断。基因诊断的基本方法几乎全部基于核酸分子杂交和PCR技术，或上述两种技术的联合应用。常用于基因诊断的基本方法主要有核酸分子杂交技术、PCR、DNA 测序和基因芯片技术等。

核酸分子杂交技术是基因诊断的基本方法

核酸分子杂交技术是基因诊断的最基本的方法之一。不同来源的 DNA 或 RNA 在一定的条件下，通过变性和复性可形成杂化双链。因此通过选择一段已知序列的核酸片段作为探针，对其放射性核素、生物素或荧光染料进行标记，然后与目的核酸进行杂交反应，通过标记信号的检测就可以对未知的目的核酸进行定性或定量分析。

DNA印迹法 Southern印迹 (Southern blotting)又称 DNA 印迹，是最为经典的基因分析方法，不但可以检测特异的 DNA 序列，还能用于进行基因的限制性内切核酸酶图谱和基因定位，可以区分正常和突变样品的基因型，并可获得基因缺失或插入片段大小等信息。DNA印迹一般可以显示50～20OOObp 的 DNA 片段，片段大小的信息是该技术诊断基因缺陷的重要依据包。DNA 印迹实验结果可靠，但操作繁琐，费时费力，而且要使用放射性核素，这些因素使其难以作为一种常规的临床诊断手段得以广泛开展。
Northern印迹法 Northern印迹法(Northern blotting)是通过标记的 DNA 或 RNA 探针与待测样本 RNA 杂交，能够对组织或细胞的总 RNA 或 mRNA 进行定性或定量分析，及基因表达分析。 Northern 印迹杂交对样品 RNA 纯度要求非常高，限制了该技术在临床诊断中的应用。
斑点杂交 斑点杂交(dot blot hybridization) 是核酸探针与支待物上的 DNA 或 RNA 样品杂交，以检测样品中是否存在特异的基因或表达产物，该技术可用于基因组中特定基因及其表达产物的定性与定量分析。斑点杂交方法应用于基因诊断具有简便、快速、灵敏和样品用量少的优点。不足之处在于无法测定目的基因的大小，特异性较低，有一定比例的假阳性。
原位杂交 原位杂交(in situ hybridization, ISH)是细胞生物学技术与核酸杂交技术相结合的一种核酸分析方法，核酸探针与细胞标本或组织标本中核酸杂交，可对特定核酸序列进行定量和定位分析。基因诊断中利用原位杂交技术能够显示目的核酸序列的空间定位的特点，可以检出含有特定核酸序列的具体细胞，包括其在样品中的位置、数量及类型。还可以检出目的 DNA 在细胞核或染色体上的分布，也可以用于组织或细胞感染的细菌或病毒等病原体的检测。与细胞内 RNA 进行杂交还可以对样本组织细胞中特定的基因的表达水平进行检测。
荧光原位杂交 荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization, FISH)技术是将荧光索或生物素等标记的寡聚核苷酸探针与细胞或组织变性的核酸杂交，可对待测 DNA 进行定性、定量或相对定位分析。在基因诊断中，FISH 的优势在于对任何给定的基因组区域进行特异性杂交，对中期分裂象染色体及间期细胞核进行分析，可以获得传统显带技术所无法检测到的染色体信息。FISH 可以用于鉴别染色体数目和结构的异常，特别是能够对染色体的异常改变进行原位显示和定量分析，适用于新鲜、冷冻、石蜡包埋标本及穿刺物和脱落细胞等样品的检测。

PCR技术是特异、快速的基因诊断方法

PCR技术能够极其快速、特异性地在体外进行基因或 DNA 片段的扩增，具有较高的灵敏度。近年来，以 PCR 为基础的相关实验技术发展迅速，RT-PCR、QRT-PCR、FQ-PCR 及 in situ PCR 等技术广泛地应用于致病基因的发现、核酸序列分析、DNA多态性分析、遗传疾病及感染性疾病的基因诊断、法医鉴定及个体识别等领域。在临床上，应用 PCR 技术可以对已知序列或已知部分序列的基因进行检测，或采用 PCR 技术扩增出已知 DNA 片段后与其他技术联合应用，衍生出了多种基因诊断技术。
1、直接采用PCR技术进行基因诊断 PCR技术可以直接用于检测待测特定基因序列的存在与缺失。分析疾病相关基因的缺失或突变，或者据此确定病原体基因存在与否。如跨越基因缺失或插入部位的 PCR 技术，又称裂口 PCR(gap-PCR),因其简便灵敏而更适用于临床诊断。该方法的思路是：设计并合成一组序列上跨越突变（缺失或插入）断裂点的引物，将待测 DNA 样本进行 PCR 扩增，然后进行琼脂糖凝胶电泳，从扩增片段的大小直接判断是否存在缺失或插入突变。又如多重PCR 是一种实用可靠的检测DNA缺失的常用方法，其基本原理是在一次PCR反应中加入多种引物，对一份DNA样本中的不同系列片段进行扩增，每对引物扩增的产物长度不。可以根据电泳图谱上不同长度DNA片段存在与否，判断某些基因片段是否发生缺失或突变。
2、PCR-等位基因特异性寡核苷酸分子杂交 检测点突变的有效技术是等位基因特异性寡核苷酸(allele specific oligonucleotide, ASO)分子杂交。采用PCR-ASO杂交技术可以检测基因上已知的点突变、微小的缺失或插入。首先使用PCR扩增受检者的目标DNA片段，然后用设计好的ASO探针进行杂交，检测受检者是否存在基因突变及基因突变是杂合子还是纯合子。首先，设计合成包含突变位点在内的正常和突变的寡核苷酸探针。将这两个探针进行标记，再分别与待检DNA样品的PCR扩增产物进行杂交和检测。正常人只能与正常序列的ASO探针杂交，突变纯合子只能与突变序列的ASO探针杂交，而突变杂合子则能与两种探针产生杂交信号。
反向点杂交(reverse dot blot, RDB)是改进的ASO技术。ASO分子杂交虽然可以准确地进行已知突变的基因分型，但由于一种突变需要对应一个探针和一组实验，对于突变类型较少的遗传病的诊断较为快速简便。当一种遗传病是由多种点突变所引起，且其频率分散时，ASO技术就显得很繁琐。为了能够同时检测多种突变，可以将针对各种突变和正常序列的ASO探针固定在杂交膜上，而将原来在ASO杂交体系中固定在膜上的PCR产物改为液相进行杂交，这种方法称为RDB。利用这一方法，一次检测可以同时筛查多种突变，大大提高了基因诊断效率，已在一些常见遗传病，如B地中海贫血和襄性纤维化的基因诊断中得以应用。
3、PCR-限制性片段长度多态性 是将PCR与限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism, RFLP)结合起来的技术，可以快速简便地对已知突变进行基因诊断。用一种或几种限制性内切核酸酶对某一段DNA序列进行消化，就会产生大小不同的DNA片段，称为限制性片段。而对于同种生物来说，不同个体间出现不同长度限制性片段类型称为限制性片段长度多态性。如果基因突变导致的基因组成或序列改变使DNA分子中原有的某种限制性内切核酸酶识别位点发生改变，可能导致基因结构中产生新的限制性内切核酸酶位点或使原有的酶切位点消失。首先是将突变基因PCR 扩增，然后经过相应的内切酶消化后，进行含有溴化乙锭的琼脂糖凝胶电泳分离，在紫外线灯下即可分辨各种限制性片段的大小或位置，或者将限制性酶切产物与核素标记探针进行杂交，进行放射自显影，从而区分各种片段，解读出目标样品之间 DNA 分子水平的实际差异，这种方法就是 PCR-RFLP。
引物介导的限制性分析 PCR (PCR-primer introduced restriction analysis, PCR-PIRA) 是 PCR-RFLP技术的延伸。其原理是在设计引物时引入错配碱基，从而消除或产生新的酶切位点，该错配的结果最终表现在酶解的限制性片段长度的差异。 PCR-PIRA主要的分析对象是已知基因，用相应的计算机软件可以分析基因上可能产生的酶切位点的错配，从而产生人的 RFLP。 PCR-RFLP 和 PCR-PIRA 的主要区别在于后者的引物设计时人工地引入酶切位点，而在实验材料和方法上没有区别。
巢式 PCR-限制性片段多态性(nested PCR-RFLP) 是将 RFLP 与巢式 PCR (nested PCR) 技术相结合通过设计高度保守序列的引物对待检测物种 DNA 进行 PCR 扩增，对 PCR 产物进行 RFLP 分析。该方法省时，可应用于流行病学调查和临床常规检测。
4、PCR-单链构象多态性 PCR单链构象多态性(PCR-single-strand conformation polymorphism, PCR-SSCP) 分析，是基于单链 DNA 构象的差别来检测基因点突变的方法。在中性条件下单链 DNA 会因其分子内碱基之间的相互作用形成一定的空间构象，这种构象是由其分子的碱基序列决定，DNA分子中碱基变异（有时甚至仅一个碱基）可导致其构象发生改变。对于相同长度的单链 DNA,因其碱基组成或排列顺序不同而形成各异的构象类型称为单链构象多态性。这种长度相同但构象类型不同的 DNA 片段在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的迁移率不同，进而进行鉴别。PCR-SSCP 技术首先是用 PCR扩增待测 DNA片段，扩增产物变性后成为单链 DNA,然后进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，通过迁移率分析检测基因突变。PCR-SSCP 方法的灵敏度取决于突变对单链 DNA 的构象及其在电泳中迁移速度的影响程度，因此这种技术对于较小 DNA片段突变分析比较灵敏。
5、PCR-变性高效液相色谱 在对临床病例进行基因诊断时，经常会遇到不能检测出已知类型突变的清况。如果表型明确指向某种疾病，可采用另一类筛查点突变的技术对目的基因进行基因序列扫描，以期发现和确定新的或未知突变类型。PCR-变性高效液相色谱 (PCR-denature high performance liquid chromatography ,PCR-DHPLC)是这类技术的代表之一。
PCR-DHPLC 技术的基本原理是利用待测样品 DNA 在 PCR 扩增过程的单链产物可以随机与互补链相结合而形成双链的特性，依据最终产物中是否出现异源双链来判断待测样品中是否存在点突变。如果不存在点突变，在 PCR 反应中产生的双链 DNA 都是一致的，即只产生一种同源双链。如果存在点突变，就会产生 4 种不同的 DNA 双链分子，2 种为异源双链，另 2 种为同源双链。在给定的部分变性洗脱条件下，这些异源双链 DNA片段可以在液相色谱柱中呈现出不同的滞留时间，出现“变异”洗脱峰的样品可进一步通过 DNA直接测序确定样品的突变位点和性质。这一技术依赖自动化操作的分析仪完成，目前已成为临床遗传学诊断的重要工具。

DNA序列分析是基因诊断最直接的方法

分离出病人的有关基因，测定其碱基排列顺序，找出变异所在是最为直接和确切的基因诊断方法。由于 PCR 技术和 DNA 序列分析技术的迅速发展和推广，序列分析已经在技术上和经济上成为最佳的诊断方法，代替了传统的限制性内切酶酶谱分析法。此法主要用于基因突变类型已经明确的遗传病的诊断及产前诊断。但由于DNA 测序的成本很高，将其作为一种临床上常规的检测方法尚无法实现。

基因芯片技术可用于大规模基因诊断

基因芯片技术可以进行微量化、大规模、自动化处理样品，特别是适用于同时检测多个基因、多个位点，精确地研究各种状态下分子结构的变异，了解组织或细胞中基因表达情况，用以检测基因的突变多态性表达水平和基因文库作图等。目前利用基因芯片技术可以早期、快速地诊断地中海贫血、异常血红蛋白病苯丙酮尿症、血友病、迪谢内肌营养不良症等常见的遗传性疾病。在肿瘤的诊断方面基因芯片技术也广泛地应用于肿瘤表达谱研究、突变、SNP检测、甲基化分析、比较基因组杂交分析等领域。基因芯片提供了从整体观念研究有机体的全新技术，必将改变生命科学研究的方式，对复杂疾病的诊断与治疗将带来革命性的变化。

基因诊断的医学应用

当人类基因组的信息与人类疾病的关系完全明确以后，从理论上讲，基因诊断可以提供所有直接或间接涉及基因结构/功能改变的诊断、预警和疗效预测。虽然目前距离这一目标仍有很长的路要走，但基因诊断在遗传病的临床和预防医学实践上已经获得了较广泛的应用。

基因诊断可用于遗传性疾病诊断和风险预测

遗传性疾病的诊断性检测和症状前检测预警是基因诊断的主要应用领域。对于遗传性单基因病，基因诊断可提供最终确诊依据。与以往的细胞学和生化检查相比，基因诊断耗时少、准确性高。对于一些特定疾病的高风险个体、家庭或潜在风险人群，基因诊断还可实现症状前检测 (pre-symptomatic testing) , 预测个体发病风险提供预防依据。
基因诊断目前可用于遗传筛查和产前诊断。通过遗传筛查检测出的高风险夫妇需给予遗传咨询和婚育指导，在“知情同意”的原则下于适宜的妊娠期开展胎儿的产前诊断，若胎儿为某种严重遗传病的受累者，可在遗传咨询的基础上由受试者决定“选择”终止妊娠，从而在人群水平实现遗传性疾病预防的目标。例如基于RFLP的连锁分析技术，曾成功地用于包括镰状细胞贫血、β-地中海贫血等多种人类单基因遗传病在内的遗传分析。
在欧美发达国家，遗传病的基因诊断，尤其是单基因遗传病和某些恶性肿瘤等的诊断，已成为医疗机构的常规项目，并已形成在严格质量管理系统下的商业化服务网络。目前已列入美国华盛顿大学儿童医院和区域医学中心主持的著名基因诊断机构-GENETes ts网站(http://www.genetests.org/) 为超过3000种遗传性疾病提供分子遗传、生化和细胞生物学检测。
中国基因诊断的研究和应用始于20世纪80年代中期，目前主要开展针对一些常见单基因遗传病的诊断性检测，如地中海贫血、血友病A、迪谢内肌营养不良等。

基因诊断可用于多基因常见病的预测性诊断

对于多基因常见病，基于DNA分析的预测性诊断可为被测者提供某些疾病发生风险的评估意见。如乳腺癌易感基因(breast cancer susceptibility gene , BRCA) 1号(BRCA1)和2号(BRCA2)的基因突变可提高个体的乳腺癌发病风险，其基因诊断已成为一些发达国家人群健康监测的项目之一。随着基因变异和疾病发生相关研究的知识积累，针对肿瘤和其他一些多基因常见病的这类预警性风险预测诊断正在逐步走入临床。在一些有明显遗传倾向的肿瘤中，肿瘤抑制基因和癌基因的突变分析，是基因检测的重要靶点。预测性基因诊断结果是开展临床遗传咨询最重要的依据。相信在相关基础研究取得进展的基础上，多基因常见病的预测性诊断会越来越多地得到应用，成为未来疾病诊断的主要内容。

基因诊断可用于传染病病原体检测

针对病原体自身特异性核酸(DNA 或 RNA)序列，通过分子杂交和基因扩增等手段，鉴定和发现这些外源性基因组、基因或基因片段在人体组织中的存在，从而证实病原体的感染。针对病原体的基因诊断主要依赖于PCR 技术。PCR技术具有高度特异、高度敏感和快速的特点，可以快速检出样品中痕量的、基因序列巳知的病原微生物。如组织和血液中 SARS 病毒、各型肝炎病毒等的检测包。样品中痕量病原微生物的迅速侦检、分类及分型还可以使用 DNA 芯片技术。
基因诊断主要适用于下列情况：①病原微生物的现场快速检测，确定感染源；②病毒或致病菌的快速分型，明确致病性或药物敏感性；③需要复杂分离培养条件，或目前尚不能体外培养的病原微生物的鉴定。分子诊断技术的特点决定了病原体的基因诊断较传统方法有更高的特异性和敏感性，有利于疾病的早期诊治、隔离和人群预防。但由于基因诊断只能判断病原体的有无和拷贝数的多少，难以检测病原体进入体内后机体的反应及其结果，因此，基因检测并不能完全取代传统的检测方法，它将与免疫学检测等传统技术互补而共存。

基因诊断可用于疾病的疗效评价和用药指导

遗传诊断还可应用于临床药物疗效的评价及提供指导用药的信息。例如，急性淋巴细胞性白血病经化疗等综合治疗后，大部分病人可获得缓解，但容易复发。白血病复发的主要根源在于病人体内少数残留的白血病细胞（约＜0.05×l0⁹/L)。PCR 等基因诊断技术已成为临床上检测和跟踪微小残留病灶的常规方法，是预测白血病的复发、判断化疗效果和制定治疗方案的很有价值的指标。
人群中对药物的反应性存在着个体差异，致使药物的不良反应难以避免。例如，氨基糖苷类抗生素的致聋副作用的发生与线粒体DNA 12S rRNA 基因第 1555 位 A→G同质性点突变有关。在人群中通过分子筛查发现这种突变的个体，对指导医生避免使用氨基糖苷类抗生素，防止儿童产生药物中毒性耳聋有很好的参考价值。药物代谢酶类（如细胞色素P450)的遗传多态性，也是个体对某些药物的反应性差异的重要因素。因此，通过测定人体的这些基因多态性或其单倍型可以预测药物代谢情况或疗效的反应性，从而制订针对不同个体的药物治疗方案。在系统阐明人类药物代谢酶类及其他相关蛋白的编码基因遗传多态性的基础上，通过对不同药物代谢基因靶点的药物遗传学检测 (pharmacogenetic testing), 将为真正实现个体化用药提供技术支撑。

DNA指纹鉴定是法医学个体识别的核心技术

DNA 指纹的遗传学基础是 DNA 的多态性。世界上除了部分同卵双生子外，人与人之间的某些 DNA 序列特征具有高度的个体特异性和终生稳定性，正如人的指纹一般，故称为 DNA 指纹(DNA fingerprinting)。基因诊断在法医学上的应用，主要是采用基于 STR 的 DNA 指纹技术进行个体认定，已成为刑侦样品的鉴定、排查犯罪嫌疑人、亲子鉴定和确定个体间亲缘关系的重要技术手段。
当前基于 PCR 扩增的 DNA 指纹技术已取代了上述基于DNA印迹的操作程序。选择若干个基因位点（如STR、人类白细胞抗原位点等）设计相应的 PCR 引物对，对待测 DNA 样本进行 PCR 扩增和带型比较后即可判断结果。该方法快速、灵敏，可以对微量血痕精液、唾液和毛发进行个体鉴定。