Микробиом человека и окружающей среды на одежде как инструмент для судебно-медицинской экспертизы (аннотация)Микробиом человека и окружающей среды на одежде как инструмент для судебно-медицинской экспертизы
Микроорганизмы повсеместно присутствуют как на внутренней, так и на внешней поверхности человеческого тела, превышая количество человеческих клеток в соотношении 3:1.
Подобно человеческой ДНК, выделяемой из клеток кожи, эти микробы также выделяются и переносятся в окружающую среду. Во время теракта в США с использованием писем с возбудителями сибирской язвы в 2001 году традиционные следственные ресурсы были недостаточны, что привело к невозможности определить ответственную сторону. Понимание происхождения микроорганизма представляло собой уникальную задачу. Эти ограничения привели к появлению новой области исследований, известной как судебная микробиология. Первоначально Федеральное бюро расследований США определило эту дисциплину как «анализ доказательств, полученных в результате биотеррористического акта, биопреступлений или непреднамеренного высвобождения микроорганизмов/токсинов в целях установления их происхождения». С тех пор эта область расширилась и продолжает развиваться, охватывая несколько областей и приложений. Анализ микробиома доказал свою ценность при оценке посмертного интервала (PMI), а также при установлении связи между человеком или предметом и географическим местом (или местом преступления) по почве, и это лишь два наиболее распространенных применения.
Кольцевая структура бактериальной ДНК и эластичность пептидогликановой клеточной стенки способствуют повышению долговечности бактериальной ДНК, позволяя ей противостоять деградации гораздо эффективнее, чем ДНК человека. Образцы с низкой биомассой редко являются проблемой, и в отпечатке пальца содержится достаточно микробной ДНК для создания надежного профиля. Специфичность микробного профиля при таксономической глубине на уровне штаммов сопоставима с отпечатком пальца, что делает его высокоиндивидуальным. Кроме того, благодаря большому количеству копий и высокой стабильности во времени, микробиом также представляет собой источник информации, не требующий стандарта для сравнения. Более того, бактериальные профили можно использовать независимо от окружающей среды, а также в менее благоприятных условиях, включая, например, сложные анализы отпечатков пальцев с размазанными следами или сильно текстурированными поверхностями.
Учитывая, что в человеческом организме обитает около 500-1000 различных видов бактерий, неудивительно, что генетический состав индивидуального микробиома еще более разнообразен, чем состав ДНК человека, поэтому его можно использовать для различения монозиготных близнецов. Более того, микробная сигнатура человека может раскрыть больше, чем ДНК человека, давая представление о его образе жизни и состоянии здоровья. Учитывая этот потенциал, возможность анализа как ядерной ДНК, так и микробной ДНК из одного и того же образца облегчит внедрение новых методов расследования, используя при этом проверенные и утвержденные процедуры, применяемые в судебной генетике.
Если говорить конкретно о микробиоме кожи, то в литературе сообщается о его использовании в криминалистике для высокоточной оценки PMI и идентификации личности по микробной сигнатуре, оставленной на личных вещах, таких как клавиатуры и компьютерные мыши. Следует признать, что основным ограничивающим фактором использования микробных профилей является то, что они состоят из сообщества живых организмов, структура и состав которых меняются в зависимости от изменений в окружающей среде. Однако исследования показали, что первичные характеристики индивидуального сообщества микробиома на определенном участке тела стабильны во времени. Хотя микробиом кожи более разнообразен, чем микробиом внутренних органов, определенные основные таксоны составляют более 90% микробиома на данном участке.
Основываясь на обширных данных проекта «Микробиом человека», Huse et al. попытались определить основной микробиом человека. Для кожи наиболее распространенными таксонами оказались Actinomycetales на уровне порядка и Propionibacterium, Staphylococcus, Clostridium, Corynebacterium и Mycobacterium на уровне рода. Schmedes et al. также выделяют P. acnes в качестве ключевого организма. В предыдущем исследовании, проведенном Procopio et al., основными филами, представленными на руках человека, были Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. Также были определены основные таксоны, входящие в потенциальный основной «сенсорный микробиом», а также несколько потенциально индивидуализирующих биомаркеров, что говорит о применимости данного анализа в судебно-медицинском контексте. Более того, они предоставили некоторые доказательства наличия «хороших» и «плохих» микробиомов, аналогично концепции «хороших» и «плохих» носителей человеческой ДНК.
Теоретический сценарий, в котором может быть полезен судебно-медицинский анализ микробиома, может включать, например, случай, когда преступник избавляется от своей одежды после совершения преступления. Согласно принципу Эдмона Локара, участвуя в преступных действиях, потенциальный преступник может оставить после себя следы, но также может унести следы с места преступления, например, на одежде. В областях, выходящих за рамки медицины, понимание поведения бактерий остается во многом труднодостижимым. Однако известно, что микробы, подобно ДНК, переносятся на соприкасающиеся поверхности и предметы. Хотя многие исследования, проведенные до сих пор, были посвящены микробиому ладоней или кончиков пальцев человека, одежда представляет собой предмет, с которым люди ежедневно вступают в тесный контакт. Учитывая это, логичным продолжением поиска знаний является изучение того, как микробиомы кожи взаимодействуют с одеждой и может ли это взаимодействие быть использовано в судебно-медицинском контексте.
Из-за нехватки исследований микробиома, моделирующих реальные сценарии судебно-медицинской экспертизы, и их ограничений, связанных с выбранными временными рамками или поверхностями, взятыми для оценки, данная работа представляет собой исследование возможности проведения анализа микробиома тканей, представляющих судебно-медицинский интерес. В связи с ограниченным размером выборки в работе не ставится задача дать количественную или статистически значимую оценку полученным результатам. В частности, цели данного исследования заключаются в том, чтобы выяснить, могут ли микробы переноситься с человека на его одежду, и определить их устойчивость (до шести месяцев), изучить возможность переноса микробиома из окружающей среды на одежду, оценить, переносятся ли микробы с носимой одежды на неношеную, расположенную рядом с ней, и проверить, какой из наборов, предлагаемых компанией QIAGEN, является наиболее подходящим для выделения микробной и геномной ДНК человека из ткани.
В нашем исследовании хлопковые футболки носили два добровольца в течение 24 часов. Затем футболки были помещены в контролируемую среду на срок до шести месяцев, наряду с неношеными вещами, которые использовались в качестве контроля. Образцы как ношеных, так и неношеных футболок были взяты в разные моменты времени и заморожены. Затем образцы были отправлены (все еще замороженными) для выделения микробной ДНК и проведения секвенирования с целью выявления видов микроорганизмов, присутствующих в образцах.
Результаты показали, что оба добровольца перенесли на одежду разные и узнаваемые микробы, каждый из которых был уникален для конкретного человека. Мы также наблюдали перенос определенных бактерий с ношеных вещей на неношеные, которые хранились рядом с ними, что свидетельствует о возможности передачи микробов между вещами. Микробиом оставался стабильным на ношеной одежде в течение 180 дней.
Полученные результаты свидетельствуют о:
(1) различиях в микробиоме кожи у разных добровольцев, потенциально обусловленные их разным полом;
(2) различиях в микробном составе между ношеной и неношеной одеждой;
(3) влиянии окружающей среды на микробную сигнатуру неношеной одежды;
(4) потенциальном использовании определенных филогенетических групп в качестве биомаркеров для различения ношеной и неношеной одежды, даже в течение длительных периодов времени;
(5) тенденции к ошибкам экстракции в наборе QIAampMP® DNA microbiome среди трех протестированных; и
(6) ни один из наборов для экстракции не позволяет типировать генетические профили человека, пригодные для сравнения.
В заключение следует отметить, что наше исследование дает дополнительное представление о потенциальной полезности анализа микробиома одежды с временной передачей для судебно-медицинской экспертизы.Данное исследование дает полезные сведения о переносимости микробиома человека и окружающей среды на одежду и его устойчивости, а также закладывает основу для проведения дополнительных исследований в этом направлении. Тот факт, что перенесенный микробиом сохраняется в течение длительного времени без заметных изменений на одежде, поддерживает будущее применение этой методологии в судебно-медицинской экспертизе.
