Некробиом - Necrobiome

В некробиом был определен как сообщество видов, связанных с разлагающимися останками трупов.[1] Процесс разложения сложен. Микробы разлагают трупы, но другие организмы, включая грибы, нематод, насекомых и более крупных животных-падальщиков, тоже вносят свой вклад.[2] Как только иммунная система перестает быть активной, микробы, заселяющие кишечник и легкие, разлагают соответствующие ткани, а затем путешествуют по телу через кровеносную и лимфатическую системы, разрушая другие ткани и кости.[3] Во время этого процесса газы выделяются как побочный продукт и накапливаются, вызывая вздутие живота.[4] В конце концов, газы просачиваются через раны и естественные отверстия тела, давая возможность некоторым микробам выйти изнутри трупа и поселиться снаружи.[3] Сообщества микробов, колонизирующие внутренние органы трупа, называются танатомикробиомом.[5] Область за пределами трупа, которая подвергается воздействию внешней среды, называется эпинекротической частью некробиома,[6][7][5] и особенно важно при определении времени и места смерти человека.[6] На каждой стадии процесса разложения разные микробы играют определенную роль. Микробы, которые будут колонизировать труп, и скорость их активности определяются самим трупом и условиями окружающей среды, окружающей труп.[7]

История

Есть текстовые свидетельства того, что человеческие трупы впервые были изучены примерно в третьем веке до нашей эры, чтобы получить представление об анатомии человека.[8] Многие из первых исследований человеческих трупов проводились в Италии, где самые ранние записи об определении причины смерти от человеческого трупа относятся к 1286 году.[8] Однако понимание человеческого тела прогрессировало медленно, отчасти потому, что распространение христианства и других религиозных верований привело к тому, что человеческое вскрытие стало незаконным.[8] Таким образом, животные, не относящиеся к человеческому роду, препарировались исключительно для понимания анатомии до 13 века, когда официальные лица поняли, что человеческие трупы необходимы для лучшего понимания человеческого тела.[8] Только в 1676 году Антони ван Левенгук разработал линзу, которая позволила визуализировать микробы,[9] и только в конце 18 века, когда микробы считались полезными для понимания тела после смерти.[10] Современные сложные молекулярные методы позволили идентифицировать микробные сообщества, населяющие и разлагающие трупы, но более продвинутые исследования являются довольно новыми и поэтому плохо изученными.[5] Изучение некробиома становится все более полезным для определения времени и причины смерти.[7][5] так что более свежие исследования могут иметь приложения для раскрытия преступлений.

Приложения некробиома

Судебная энтомология

Судебная энтомология, изучение насекомых (членистоногих), обнаруживаемых у разлагающихся людей, является наиболее популярной областью исследования, используемой для определения посмертного интервала (PMI). Однако этот метод все еще является новым и постоянно совершенствуется, и, как таковой, он может хорошо работать с другими методами, такими как судебная антропология, хотя судебная энтомология пока не так надежна сама по себе. Судебные энтомологи часто работают в области расследования места преступления и входят в состав группы экспертов на месте преступления, которая анализирует и собирает доказательства подозрительной смерти. Как правило, минимальное образование, необходимое для этой конкретной должности, - это докторская степень в области судебной медицины. Судебные энтомологи являются экспертами в своей области и поэтому требуют профессиональной сертификации Американского совета судебной энтомологии. В качестве еще одной относительно новой области деятельности судебные микробиологи, изучавшие присутствие микробов, начали исследовать способы определения времени и места смерти путем анализа микробов, присутствующих на трупе.[11] Это станет неотъемлемой частью раскрытия преступлений в последующие годы после изобретения процесса микробных часов. Временная шкала микробов, на которой разлагается тело, получила название «микробные часы», они позволяют оценить, как долго тело находится в определенном месте, на основе присутствующих или отсутствующих микробов.[12] Последовательность бактериальных видов, заселяющих организм через четыре дня, является индикатором минимального времени после смерти (MTD).[13] Наличие или отсутствие личинок, а также их возраст также могут быть использованы для определения времени смерти; Если личинке всего несколько дней, то труп не мог быть мертвым дольше этого времени.[14]

Микробная криминалистика

Поскольку некробиом имеет дело с различными сообществами бактерий и организмов, которые катализируют разложение растений и животных (см. Рисунок 1), этот конкретный биом становится все более важной частью Криминалистика. Микробы, занимающие пространство под разлагающимся телом и вокруг него, уникальны для него - подобно тому, как отпечатки пальцев уникальны только для одного человека.[15] Используя это различие, судебно-медицинские следователи на месте преступления могут различать места захоронения. Это предоставит конкретную фактическую информацию о том, как долго тело находится там, и о предполагаемой области, в которой возможно наступление смерти.[1] По мере того, как исследования в области микробной криминалистики и некробиома продолжают уточняться и улучшаться, потребность в новых судебных экспертах и ​​микробиологах становится все более необходимой. Когда происходит преступление, такое как убийство, к месту происшествия вызывается группа специалистов на месте преступления или судебно-медицинских экспертов для сбора улик и осмотра трупа.[16] Эти эксперты варьируются от судебных одонтологов до судебных микробиологов (см. Рисунок 2). Вместе они могут получить необходимые элементы, необходимые для того, чтобы правильно реконструировать смерть жертвы.

Трупы и туши

Один из способов, которым многие люди изучают, как разлагаются тела, - это использование тела фермы. В США есть семь исследовательских центров, которые являются домом для ферм тела: Университет Теннесси в Ноксвилле, Университет Западной Каролины, Государственный университет Техаса, Государственный университет Сэма Хьюстона, Университет Южного Иллинойса, Университет Колорадо Меса и Университет Южной Флориды. Эти учреждения изучают разложение трупов всеми возможными способами разложения, в том числе в открытой или замороженной среде, погребенных под землей или в автомобилях.[17] Изучая трупы, эксперты изучают временную шкалу микробов и документируют, что является нормальным на каждой стадии в различных местах, куда помещается каждое тело.[17] Был проведен эксперимент по изучению изменений в некробиоме туши, и они его выполнили.[18] Эксперимент проводился для изучения относительной численности организмов в некробиоме и изменений, которые происходят на трех различных стадиях. Для эксперимента они использовали шесть мертвых кроликов, приобретенных в компании по производству кормов для домашних животных. Кролики были приобретены в Kiezebank и выставлены на крыше Университета Хаддерсфилда в Западном Йоркшире, Соединенное Королевство. Кролики были мертвы до покупки. У трех кроликов удалили мех с туловища, чтобы выявить разницу в численности некробиома. Образцы были собраны изнутри рта, с верхней части кожи туловища, подвергшейся воздействию воздушной среды, и с нижней части кожи туловища, на которую попала почва. Были исследованы активные, продвинутые стадии и стадии разложения, и в наибольшей степени присутствовали протеобактерии, за которыми следовали Firmicutes, Bacteroidetes и Actinobacteria во время активной стадии разложения (рис. 3). На поздней стадии разложения протеобактерии снизились с 99,4% до 81,6% в ротовой полости, но их было больше всего в образцах, не относящихся к меху. Было установлено, что Firmicutes были наиболее многочисленными образцами кожи как в меховых, так и в не меховых образцах. Наконец, протеобактерии были наиболее многочисленны на границе раздела с почвой в начале разложения как в меховых, так и в не меховых образцах. Кроме того, они отметили, что количество актинобактерий было наименьшим в активной стадии и еще больше уменьшилось во время сухой стадии.[18]

Разложение

То, как бактерии колонизируют труп, можно предсказать, если изучить время, прошедшее после смерти.[19] Были проведены только недавние исследования, чтобы определить, могут ли только бактерии влиять на посмертный интервал.[20] Бактерии, ответственные за разложение трупов, могут быть трудными для изучения, потому что бактерии, обнаруженные на трупах, различаются и быстро меняются.[21][20] Бактерии могут быть доставлены к трупу падальщиками, воздухом или водой.[22] Другие факторы окружающей среды, такие как температура и почва, могут влиять на микробы, обнаруженные на трупе.[22] К счастью, микробные колонии между людьми и животными настолько похожи, что модели на животных могут быть использованы для понимания процесса разложения человека.[23] Для исследований используются человеческие трупы, но модели на животных обеспечивают более крупные выборки и позволяют проводить более контролируемые исследования.[20][19] Свиньи модели неоднократно использовались для понимания процесса разложения человека в земной среде.[24][25] Свиньи подходят для изучения разложения человека из-за их размера, редкой шерсти и аналогичных бактерий, обнаруженных в их желудочно-кишечном тракте.[26]

Технологии и методы

Был разработан алгоритм, позволяющий точно предсказать время после смерти с точностью до двух дней.[27]

Методы анализа некробиома теперь сочетаются с судебной энтомологией, например, анализом фосфолипидных жирных кислот (PLFA),[28] общие метиловые эфиры жирных кислот почвы,[28] и профилирование ДНК.[28] Туши свиней также стали инструментом для понимания микробиологии человека, сводя к минимуму проблему вариаций, которая существует при использовании человеческих трупов в качестве объектов исследования.[28] Эта технология используется для упрощения сбора образцов в последовательности, которые ученые могут прочитать. Упрощенная последовательность некробиома проходит через банк данных, чтобы соответствовать его названию. Из-за отсутствия технологии универсальных алгоритмов существует пробел в знаниях о различных платформах в разных регионах мира. Чтобы закрыть этот пробел, необходимо расширение технологии. Однако есть несколько препятствий, включая определение потребностей, исследования, разработку прототипа, принятие и принятие.[29] Преодоление этих препятствий поможет многим организациям, занимающимся судебной медициной. Кроме того, это улучшило бы понимание некробиома и развитие успешного многоступенчатого эксперимента. Образцы загружаются в машину для создания и анализа последовательностей ДНК микробиома. Алгоритмы выполняются в лаборатории на компьютерной программе для чтения и сопоставления последовательностей в банке данных. Результаты возвращаются очень быстро в течение нескольких минут до самых последних дней.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Бенбоу М.Э., Льюис А.Дж., Томберлин Дж. К., Пешал Дж. Л. (март 2013 г.). «Сезонная сборка сообществ насекомых-некрофагов при разложении падали позвоночных». Журнал медицинской энтомологии. 50 (2): 440–50. Дои:10.1603 / me12194. PMID  23540134. S2CID  2244448.
  2. ^ Юн Э (10 декабря 2015 г.). «Познакомьтесь с некробиомом: микробы, которые съедят ваш труп». Атлантический океан. Получено 2020-04-28.
  3. ^ а б Janaway RC (1996). «Распад захороненных человеческих останков и связанных с ними материалов». В Хантер Дж., Робертс С., Мартин А. (ред.). Исследования в области преступности: введение в судебную археологию. Лондон: Бэтсфорд. С. 58–85.
  4. ^ Васс А.А., Баршик С.А., Сега G, Кейтон Дж., Скин Дж. Т., Лав Дж. К., Синстелиен Дж. А. (май 2002 г.). «Химия разложения человеческих останков: новая методика определения посмертного интервала». Журнал судебной медицины. 47 (3): 542–53. PMID  12051334.
  5. ^ а б c d Ventura Spagnolo E, Stassi C, Mondello C, Zerbo S, Milone L, Argo A (февраль 2019 г.). «Приложения судебной микробиологии: систематический обзор». Юридическая медицина. 36: 73–80. Дои:10.1016 / j.legalmed.2018.11.002. PMID  30419494.
  6. ^ а б Чжоу В, Бянь И (2018-04-03). «Профилирование состава танатомикробиома как инструмент судебно-медицинской экспертизы». Судебно-медицинские исследования. 3 (2): 105–110. Дои:10.1080/20961790.2018.1466430. ЧВК  6197100. PMID  30483658.
  7. ^ а б c Javan GT, Finley SJ, Can I, Wilkinson JE, Hanson JD, Tarone AM (июль 2016 г.). "Последовательность танатомикробиома человека и время после смерти". Научные отчеты. 6 (1): 29598. Bibcode:2016НатСР ... 629598J. Дои:10.1038 / srep29598. ЧВК  4944132. PMID  27412051.
  8. ^ а б c d Гош СК (сентябрь 2015 г.). «Рассечение трупа человека: исторический отчет от Древней Греции до современной эпохи». Анатомия и клеточная биология. 48 (3): 153–69. Дои:10.5115 / acb.2015.48.3.153. ЧВК  4582158. PMID  26417475.
  9. ^ Янг Э (2016). Я содержу множество: микробы внутри нас и более широкий взгляд на жизнь. 195 Бродвей, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10007: Издательство HarperCollins. ISBN  978-0-06-236860-7.CS1 maint: location (связь)
  10. ^ Riedel S (апрель 2014 г.). «Ценность посмертных микробиологических культур». Журнал клинической микробиологии. 52 (4): 1028–33. Дои:10.1128 / JCM.03102-13. ЧВК  3993482. PMID  24403308.
  11. ^ Lehman DC (апрель 2014 г.). «Судебная микробиология». Информационный бюллетень по клинической микробиологии. 36 (7): 49–54. Дои:10.1016 / j.clinmicnews.2014.03.001.
  12. ^ Меткалф Дж. Л., Вегенер Парфри Л., Гонсалес А., Лаубер С. Л., Найтс Д., Акерманн Г. и др. (Октябрь 2013). «Микробные часы обеспечивают точную оценку посмертного интервала в модельной системе мыши». eLife. 2: e01104. Дои:10.7554 / eLife.01104. ЧВК  3796315. PMID  24137541.
  13. ^ Hauther KA, Cobaugh KL, Jantz LM, Sparer TE, DeBruyn JM (сентябрь 2015 г.). «Оценка времени после смерти от сообществ микроорганизмов кишечника человека после смерти». Журнал судебной медицины. 60 (5): 1234–40. Дои:10.1111/1556-4029.12828. PMID  26096156. S2CID  28321113.
  14. ^ Эрзинчлиоглу З. (1 января 2003 г.). «Судебная энтомология». Клиническая медицина. 3 (1): 74–6. Дои:10.7861 / Clinmedicine.3-1-74. ЧВК  4953364. PMID  12617420.
  15. ^ Франзоза Э.А., Хуанг К., Медоу Дж. Ф., Геверс Д., Лимон К. П., Боханнан Б. Дж., Хаттенхауэр С. (июнь 2015 г.). «Идентификация личных микробиомов с помощью метагеномных кодов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 112 (22): E2930-8. Bibcode:2015PNAS..112E2930F. Дои:10.1073 / pnas.1423854112. ЧВК  4460507. PMID  25964341.
  16. ^ Lutui R (ноябрь 2016 г.). «Мультидисциплинарная модель процесса цифровой судебной экспертизы». Бизнес-горизонты. 59 (6): 593–604. Дои:10.1016 / j.bushor.2016.08.001.
  17. ^ а б Уоллман Дж. Ф. (декабрь 2017 г.). «Кузовные фермы». Судебная медицина, медицина и патология. 13 (4): 487–489. Дои:10.1007 / s12024-017-9932-z. PMID  29075978. S2CID  28905230.
  18. ^ а б Тучча Ф, Зургани Э, Бортолини С., Ванин С. (сентябрь 2019 г.). «Экспериментальная оценка применимости анализа некробиома в судебной ветеринарии». МикробиологияOpen. 8 (9): e00828. Дои:10,1002 / МБ3,828. ЧВК  6741123. PMID  30861327.
  19. ^ а б Finley SJ, Benbow ME, Javan GT (май 2015 г.). «Сообщества микробов, связанные с разложением человека, и их возможное использование в качестве посмертных часов». Международный журнал судебной медицины. 129 (3): 623–32. Дои:10.1007 / s00414-014-1059-0. PMID  25129823. S2CID  7939775.
  20. ^ а б c Хайд Э. Р., Меткалф Дж. Л., Бучели С. Р., Линн А. М., Найт Р. (2017). «Микробные сообщества, связанные с разлагающимися трупами». Судебная микробиология. John Wiley & Sons, Ltd: 245–273. Дои:10.1002 / 9781119062585.ch10. ISBN  978-1-119-06258-5.
  21. ^ Васс А (2001). «За могилой - понимание человеческого разложения». Микробиология сегодня. 28 (28): 190–192.
  22. ^ а б Хайд Э. Р., Хаарманн Д. П., Линн А. М., Бучели С. Р., Петрозино Дж. Ф. (2013-10-30). «Живые мертвецы: структура бактериального сообщества трупа в начале и в конце стадии разложения». PLOS ONE. 8 (10): e77733. Bibcode:2013PLoSO ... 877733H. Дои:10.1371 / journal.pone.0077733. ЧВК  3813760. PMID  24204941.
  23. ^ Burcham ZM, Hood JA, Pechal JL, Krausz KL, Bose JL, Schmidt CJ, et al. (Июль 2016 г.). «Флуоресцентно меченые бактерии дают представление о посмертной трансмиграции микробов». Международная криминалистическая экспертиза. 264: 63–9. Дои:10.1016 / j.forsciint.2016.03.019. PMID  27032615.
  24. ^ Картер Д.О., Меткалф Дж. Л., Бибат А., Найт Р. (июнь 2015 г.). «Сезонная изменчивость посмертных микробных сообществ». Судебная медицина, медицина и патология. 11 (2): 202–7. Дои:10.1007 / s12024-015-9667-7. PMID  25737335. S2CID  23968523.
  25. ^ Печаль Дж. Л., Криппен Т. Л., Тарон А. М., Льюис А. Дж., Томберлин Дж. К., Бенбоу МЭ (12 ноября 2013 г.). «Функциональные изменения микробного сообщества при разложении трупа позвоночных». PLOS ONE. 8 (11): e79035. Bibcode:2013PLoSO ... 879035P. Дои:10.1371 / journal.pone.0079035. ЧВК  3827085. PMID  24265741.
  26. ^ Шенли К.Г., Хаскелл Н.Х., Миллс Д.К., Биеме-Нди К., Ларсен К., Ли Y (01.09.2006). «Воссоздание акра смерти в школьном дворе: использование туш свиней в качестве модели трупов для обучения концепциям судебной энтомологии и экологической преемственности». Американский учитель биологии. 68 (7): 402–410. Дои:10.2307/4452028. JSTOR  4452028.
  27. ^ Джонсон HR, Тринидад Д.Д., Гусман С., Хан З., Парциале СП, ДеБрюн Дж. М., Ленц Н.Х. (2016). «Подход машинного обучения для использования посмертного микробиома кожи для оценки посмертного интервала». PLOS ONE. 11 (12): e0167370. Bibcode:2016PLoSO..1167370J. Дои:10.1371 / journal.pone.0167370. ЧВК  5179130. PMID  28005908.
  28. ^ а б c d Паркинсон Р.А., Диас К.Р., Хорсвелл Дж., Гринвуд П., Баннинг Н., Тиббетт М., Васс А.А. (2009). «Анализ микробного сообщества человеческого разложения на почве». Криминальная и экологическая экспертиза почвы. Дордрехт: Спрингер. С. 379–394. Дои:10.1007/978-1-4020-9204-6_24. ISBN  978-1-4020-9203-9.
  29. ^ Меткалф Дж. Л. (январь 2019 г.). «Оценка посмертного интервала с использованием микробов: пробелы в знаниях и путь к внедрению технологий». Международная криминалистическая экспертиза. Генетика. 38: 211–218. Дои:10.1016 / j.fsigen.2018.11.004. PMID  30448529.