Nekrobiom - Necrobiome

The nekrobiom bylo definováno jako společenství druhů spojených s rozpadajícími se pozůstatky mrtvol.[1] Proces rozkladu je složitý. Mikroby rozkládají mrtvoly, ale přispívají také jiné organismy včetně hub, hlístic, hmyzu a větších mrchožroutů.[2] Jakmile imunitní systém již není aktivní, mikroby kolonizující střeva a plíce rozkládají své příslušné tkáně a poté cestují po celém těle krevním a lymfatickým systémem, aby rozložily další tkáně a kosti.[3] Během tohoto procesu se plyny uvolňují jako vedlejší produkt a hromadí se, což způsobuje nadýmání.[4] Nakonec plyny prosakují tělními ranami a přirozenými otvory, což poskytuje způsob, jak mohou některé mikroby opustit vnitřek mrtvoly a obývat vnějšek.[3] Mikrobiální společenství kolonizující vnitřní orgány mrtvoly se označují jako thanatomikrobiom.[5] Oblast mimo mrtvolu, která je vystavena vnějšímu prostředí, se označuje jako epinecrotická část nekrobiomu,[6][7][5] a je zvláště důležité při určování času a místa úmrtí jednotlivce.[6] Různé mikroby hrají specifické role během každé fáze procesu rozkladu. Mikroby, které kolonizují mrtvolu, a rychlost jejich aktivity jsou určeny samotnou mrtvolou a okolními podmínkami okolní prostředí.[7]

Dějiny

Existují textové důkazy o tom, že lidské mrtvoly byly poprvé studovány kolem třetího století před naším letopočtem, aby se porozumělo lidské anatomii.[8] Mnoho z prvních studií lidských mrtvol proběhlo v Itálii, kde nejstarší záznam o určení příčiny smrti z lidské mrtvoly pochází z roku 1286.[8] Pochopení lidského těla však postupovalo pomalu, zčásti proto, že šíření křesťanství a jiných náboženských přesvědčení mělo za následek nezákonnost lidské pitvy.[8] Nehumánní zvířata byla tedy pitvána pouze pro anatomické porozumění až do 13. století, kdy si úředníci uvědomili, že pro lepší pochopení lidského těla jsou nezbytné mrtvoly člověka.[8] Teprve v roce 1676 navrhl Antonie van Leeuwenhoek čočku, která umožňovala vizualizovat mikroby,[9] a to až na konci 18. století, kdy byly mikroby považovány za užitečné pro pochopení těla po smrti.[10] Moderní sofistikované molekulární techniky umožnily identifikovat mikrobiální společenství, která obývají a rozkládají mrtvoly, ale pokročilejší výzkum je poměrně nový, a proto špatně pochopený.[5] Studium nekrobiomu se stalo stále užitečnějším při určování času a příčiny smrti.[7][5] takže novější výzkum může mít aplikace pro řešení kriminality.

Nekrobiomové aplikace

Forenzní entomologie

Forenzní entomologie, studium hmyzu (členovců) nalezeného u rozkládajících se lidí je nejpopulárnějším studijním oborem používaným při stanovení posmrtného intervalu (PMI). Tato technika je však stále nová a neustále se zdokonaluje a - jako taková - může dobře fungovat s dalšími technikami, jako je forenzní antropologie, ačkoli forenzní entomologie zatím není tak spolehlivá. Forenzní entomologové často pracují v oblasti vyšetřování místa činu a jsou součástí týmu odborníků na místo činu, který analyzuje a shromažďuje důkazy týkající se podezřelé smrti. Minimální vzdělání požadované pro tuto konkrétní pozici je obvykle doktorát z forenzní vědy. Forenzní entomologové jsou odborníky ve svém oboru, a proto vyžadují profesionální certifikaci u Americké rady forenzní entomologie. Jako další relativně nová oblast začali forenzní mikrobiologové, kteří studovali přítomnost mikrobů, zkoumat způsoby, jak určit čas a místo smrti analýzou mikrobů přítomných na mrtvole.[11] To by se stalo nedílnou součástí řešení zločinu v pozdějších letech po vynálezu mikrobiálního hodinového procesu. Mikrobiální časová osa, na které se tělo rozpadá, dostala termín „mikrobiální hodiny“, což odhaduje, jak dlouho bylo tělo na určitém místě na základě přítomných nebo chybějících mikrobů.[12] Posloupnost bakteriálních druhů osídlených v těle po období čtyř dnů je indikátorem minimální doby od smrti (MTD).[13] Přítomnost nebo nepřítomnost červů, stejně jako jejich věk, lze také použít ke stanovení času smrti; Pokud je červovi jen pár dní, potom by mrtvola nemohla být mrtvá déle než tentokrát.[14]

Mikrobiální forenzní

Protože nekrobiom pracuje s různými společenstvími bakterií a organismů, které katalyzují rozklad rostlin a živočichů (viz obrázek 1), je tento konkrétní biom stále důležitější součástí forenzní věda. Mikroby zabírající prostor pod a kolem rozkládajícího se těla jsou pro něj jedinečné - podobně jako otisky prstů jsou jedinečné pouze pro jednu osobu.[15] Pomocí této diferenciace jsou forenzní vyšetřovatelé na místě činu schopni rozlišovat mezi pohřebišti. To by poskytlo konkrétní faktické informace o tom, jak dlouho tam tělo bylo a o předpokládané oblasti, ve které k úmrtí pravděpodobně došlo.[1] Vzhledem k tomu, že vývoj výzkumu týkajícího se mikrobiální forenzní a nekrobiomu je stále zdokonalován a zlepšován, je stále více nezbytná potřeba nových forenzních vědců a mikrobiologů. Když dojde k trestnému činu, jako je vražda, je na místo přivolán tým specialistů na místo činu nebo odborníků na forenzní vědu, aby shromáždili důkazy a prozkoumali tělo.[16] Tito odborníci sahají od forenzních odontologů po forenzní mikrobiologové (viz obrázek 2). Společně mohou získat nezbytné prvky potřebné k řádné rekonstrukci zániku oběti.

Mrtvoly a mrtvá těla

Jeden způsob, jak mnoho lidí studuje, jak se těla rozkládají, je použití tělové farmy. V USA je sedm výzkumných zařízení, která jsou domovem tělních farem: University of Tennessee v Knoxville, Western Carolina University, Texas State University, Sam Houston State University, Southern Illinois University, Colorado Mesa University a University of South Florida. Tato zařízení studují rozklad mrtvol všemi možnými způsoby úpadku, včetně otevřeného nebo zamrzlého prostředí, pohřbených v podzemí nebo v automobilech.[17] Prostřednictvím studie o mrtvolách odborníci zkoumají mikrobiální časovou osu a dokumentují, co je normální v každé fázi na různých místech, kde je každé tělo umístěno.[17] Byl proveden experiment ke studiu změny v nekrobiomu uvnitř jatečně upraveného těla a provedli ji.[18] Experiment byl proveden za účelem studia relativního množství organismů v nekrobiomu a změn, ke kterým dochází během tří různých stádií. K experimentu použili šest mrtvých králíků zakoupených od společnosti pro výživu domácích mazlíčků. Králíci byli zakoupeni od Kiezebank a vystaveni na střeše na University of Huddersfield ve West Yorkshire ve Velké Británii. Králíci byli před nákupem mrtví. Tři z králičí srsti byly odstraněny z trupu, aby bylo možné identifikovat jakýkoli rozdíl v hojnosti nekrobiomu. Vzorky byly odebírány zevnitř úst, horní kůže trupu vystavené vzdušnému prostředí a spodní kůže trupu, které se dotýká půda. Byly zkoumány aktivní, pokročilé a rozpadové fáze a nejhojněji se vyskytovaly proteobakterie, následované firmou Firmicutes, Bacteroidetes a Actinobacteria během aktivní fáze rozkladu (obrázek 3). Během pokročilého stadia rozkladu se proteobakterie snížily z 99,4% na 81,6% v ústní dutině, ale nejvíce se vyskytovaly ve vzorcích jiných než kožešinových. Bylo zjištěno, že Firmicutes byly nejhojnější pro vzorky kůže jak ve vzorcích kožešin, tak ve vzorcích jiných než kožešinových. Nakonec byly proteinové bakterie nejhojnější v půdním rozhraní během začátku rozkladu ve vzorcích kožešin i jiných než kožešin. Rovněž poznamenali, že aktinobakterie byly v aktivní fázi nejméně hojné a během suché fáze se ještě snížily.[18]

Rozklad

Způsob, jakým bakterie kolonizují mrtvolu, je předvídatelný při zkoumání času od smrti.[19] Proběhly pouze nedávné studie, které určily, zda samotné bakterie mohou informovat posmrtný interval.[20] Bakterie odpovědné za rozklad mrtvol může být obtížné studovat, protože bakterie nalezené v mrtvole se mění a rychle se mění.[21][20] Bakterie mohou být do mrtvoly přivedeny mrchožrouty, vzduchem nebo vodou.[22] Další faktory prostředí, jako je teplota a půda, mohou ovlivnit mikroby nalezené na mrtvole.[22] Naštěstí je mikrobiální kolonizace mezi lidmi a zvířaty tak podobná, že k pochopení procesu rozkladu u lidí lze použít zvířecí modely.[23] Pro výzkum se používají lidské mrtvoly, ale zvířecí modely poskytují větší velikosti vzorků a produkují více kontrolované studie.[20][19] Modely prasat byly opakovaně používány k pochopení procesu rozkladu člověka v suchozemských prostředích.[24][25] Prasata jsou vhodná pro studium lidského rozkladu kvůli jejich velikosti, řídkým vlasům a podobným bakteriím, které se nacházejí v jejich GI traktu.[26]

Technologie a techniky

Byl vyvinut algoritmus k přesné předpovědi času od smrti s přesností do dvou dnů.[27]

Techniky pro analýzu nekrobiomu byly nyní spojeny s forenzní entomologií, jako je analýza fosfolipidových mastných kyselin (PLFA),[28] methylestery mastných kyselin v půdě,[28] a profilování DNA.[28] Jatečně upravená těla prasat se také stala nástrojem k porozumění lidské mikrobiologii, čímž se minimalizuje problém variace, která existuje při použití lidských mrtvol jako studovaných předmětů.[28] Tato technologie se používá ke zjednodušení odběru vzorků do sekvencí, které mohou vědci přečíst. Zjednodušená sekvence nekrobiomu je spuštěna přes databázi, aby odpovídala jejímu názvu. Kvůli nedostatku technologie univerzálních algoritmů existuje v různých platformách světa rozdíl v znalostech na různých platformách. Aby bylo možné tuto mezeru zaplnit, je třeba tuto technologii rozšířit. Existuje však několik překážek, včetně identifikace potřeb, výzkumu, vývoje prototypů, přijetí a přijetí.[29] Překonání těchto překážek by pomohlo mnoha organizacím zabývajícím se forenzní vědou. Také by to zvýšilo porozumění nekrobiomu a růst vývoje úspěšného přesného vícestupňového experimentu. Vzorky jsou vloženy do stroje pro generování a analýzu DNA sekvencí mikrobiomu. Algoritmy se provádějí v laboratoři na počítačovém programu ke čtení a porovnávání sekvencí v databázi. Výsledky se vracejí velmi rychle během několika minut až do posledních dnů.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Benbow ME, Lewis AJ, Tomberlin JK, Pechal JL (březen 2013). "Sezónní shromáždění nekrofágních hmyzích komunit během rozkladu zdechlin obratlovců". Journal of Medical Entomology. 50 (2): 440–50. doi:10.1603 / me12194. PMID  23540134. S2CID  2244448.
  2. ^ Yong E (10.12.2015). „Meet the Necrobiome: The Microbes that Will Eat Your Corpse“. Atlantik. Citováno 2020-04-28.
  3. ^ A b Janaway RC (1996). "Rozklad pohřbených lidských ostatků a jejich přidružených materiálů." V Hunter J, Roberts C, Martin A (eds.). Studies in Crime: An Introduction to Forensic Archaeology. Londýn: Batsford. str. 58–85.
  4. ^ Vass AA, Barshick SA, Sega G, Caton J, Skeen JT, Love JC, Synstelien JA (květen 2002). "Chemie rozkladu lidských ostatků: nová metodika pro stanovení posmrtného intervalu". Journal of Forensic Sciences. 47 (3): 542–53. PMID  12051334.
  5. ^ A b C d Ventura Spagnolo E, Stassi C, Mondello C, Zerbo S, Milone L, Argo A (únor 2019). "Forenzní mikrobiologické aplikace: systematický přehled". Právní medicína. 36: 73–80. doi:10.1016 / j.legalmed.2018.11.002. PMID  30419494.
  6. ^ A b Zhou W, Bian Y (03.04.2018). „Profilování složení thanatomicrobiomu jako nástroj forenzního vyšetřování“. Výzkum forenzních věd. 3 (2): 105–110. doi:10.1080/20961790.2018.1466430. PMC  6197100. PMID  30483658.
  7. ^ A b C Javan GT, Finley SJ, Can I, Wilkinson JE, Hanson JD, Tarone AM (červenec 2016). „Dědictví lidského thanatomikrobiomu a doba od smrti“. Vědecké zprávy. 6 (1): 29598. Bibcode:2016NatSR ... 629598J. doi:10.1038 / srep29598. PMC  4944132. PMID  27412051.
  8. ^ A b C d Ghosh SK (září 2015). „Lidská mrtvolná pitva: historická zpráva od starověkého Řecka po moderní dobu“. Anatomie a buněčná biologie. 48 (3): 153–69. doi:10.5115 / acb.2015.48.3.153. PMC  4582158. PMID  26417475.
  9. ^ Young E (2016). Obsahuji zástupy: mikroby v nás a velkolepější pohled na život. 195 Broadway, New York, NY 10007: HarperCollins Publishers. ISBN  978-0-06-236860-7.CS1 maint: umístění (odkaz)
  10. ^ Riedel S (duben 2014). „Hodnota posmrtných mikrobiologických kultur“. Journal of Clinical Microbiology. 52 (4): 1028–33. doi:10.1128 / JCM.03102-13. PMC  3993482. PMID  24403308.
  11. ^ Lehman DC (duben 2014). "Forenzní mikrobiologie". Zpravodaj o klinické mikrobiologii. 36 (7): 49–54. doi:10.1016 / j.clinmicnews.2014.03.001.
  12. ^ Metcalf JL, Wegener Parfrey L, Gonzalez A, Lauber CL, Knights D, Ackermann G a kol. (Říjen 2013). „Mikrobiální hodiny poskytují přesný odhad posmrtného intervalu v systému modelu myši“. eLife. 2: e01104. doi:10,7554 / eLife.01104. PMC  3796315. PMID  24137541.
  13. ^ Hauther KA, Cobaugh KL, Jantz LM, Sparer TE, DeBruyn JM (září 2015). "Odhad času od smrti z posmrtných mikrobiálních komunit lidského střeva". Journal of Forensic Sciences. 60 (5): 1234–40. doi:10.1111/1556-4029.12828. PMID  26096156. S2CID  28321113.
  14. ^ Erzinçlioglu Z (1. ledna 2003). „Forenzní entomologie“. Klinická medicína. 3 (1): 74–6. doi:10,7861 / klinický lék. 3-1-74. PMC  4953364. PMID  12617420.
  15. ^ Franzosa EA, Huang K, Meadow JF, Gevers D, Lemon KP, Bohannan BJ, Huttenhower C (červen 2015). „Identifikace osobních mikrobiomů pomocí metagenomických kódů“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 112 (22): E2930-8. Bibcode:2015PNAS..112E2930F. doi:10.1073 / pnas.1423854112. PMC  4460507. PMID  25964341.
  16. ^ Lutui R (listopad 2016). "Multidisciplinární model procesu digitálního forenzního vyšetřování". Obchodní obzory. 59 (6): 593–604. doi:10.1016 / j.bushor.2016.08.001.
  17. ^ A b Wallman JF (prosinec 2017). "Body farms". Forenzní věda, medicína a patologie. 13 (4): 487–489. doi:10.1007 / s12024-017-9932-z. PMID  29075978. S2CID  28905230.
  18. ^ A b Tuccia F, Zurgani E, Bortolini S, Vanin S (září 2019). „Experimentální hodnocení použitelnosti analýzy nekrobiomu ve forenzní veterinární vědě“. Mikrobiologie Otevřeno. 8 (9): e00828. doi:10,1002 / mbo3,828. PMC  6741123. PMID  30861327.
  19. ^ A b Finley SJ, Benbow ME, Javan GT (květen 2015). „Mikrobiální společenství spojená s lidským rozkladem a jejich potenciální využití jako posmrtné hodiny“. International Journal of Legal Medicine. 129 (3): 623–32. doi:10.1007 / s00414-014-1059-0. PMID  25129823. S2CID  7939775.
  20. ^ A b C Hyde ER, Metcalf JL, Bucheli SR, Lynne AM, Knight R (2017). "Mikrobiální společenství spojená s rozkládajícími se mrtvolami". Forenzní mikrobiologie. John Wiley & Sons, Ltd: 245–273. doi:10. 1002/9781119062585.ch10. ISBN  978-1-119-06258-5.
  21. ^ Vass A (2001). „Za hrobem - pochopení lidského rozkladu“. Mikrobiologie dnes. 28 (28): 190–192.
  22. ^ A b Hyde ER, Haarmann DP, Lynne AM, Bucheli SR, Petrosino JF (2013-10-30). „Živí mrtví: bakteriální společenská struktura mrtvoly na počátku a na konci fáze nafouknutí rozkladu“. PLOS ONE. 8 (10): e77733. Bibcode:2013PLoSO ... 877733H. doi:10.1371 / journal.pone.0077733. PMC  3813760. PMID  24204941.
  23. ^ Burcham ZM, Hood JA, Pechal JL, Krausz KL, Bose JL, Schmidt CJ a kol. (Červenec 2016). „Fluorescenčně značené bakterie poskytují informace o postmortální mikrobiální transmigraci“. Forensic Science International. 264: 63–9. doi:10.1016 / j.forsciint.2016.03.019. PMID  27032615.
  24. ^ Carter DO, Metcalf JL, Bibat A, Knight R (červen 2015). "Sezónní variace posmrtných mikrobiálních komunit". Forenzní věda, medicína a patologie. 11 (2): 202–7. doi:10.1007 / s12024-015-9667-7. PMID  25737335. S2CID  23968523.
  25. ^ Pechal JL, Crippen TL, Tarone AM, Lewis AJ, Tomberlin JK, Benbow ME (2013-11-12). „Změna funkce mikrobiální komunity během rozkladu zdechlin obratlovců“. PLOS ONE. 8 (11): e79035. Bibcode:2013PLoSO ... 879035P. doi:10.1371 / journal.pone.0079035. PMC  3827085. PMID  24265741.
  26. ^ Schoenly KG, Haskell NH, Mills DK, Bieme-Ndi C, Larsen K, Lee Y (2006-09-01). „Obnova akrů smrti na školním dvoře: Využití jatečně upravených těl prasat jako modelových těl k výuce koncepcí forenzní entomologie a ekologické sukcese“. Americký učitel biologie. 68 (7): 402–410. doi:10.2307/4452028. JSTOR  4452028.
  27. ^ Johnson HR, Trinidad DD, Guzman S, Khan Z, Parziale JV, DeBruyn JM, Lents NH (2016). „Přístup strojového učení k používání posmrtného mikrobiomu kůže k odhadu posmrtného intervalu“. PLOS ONE. 11 (12): e0167370. Bibcode:2016PLoSO..1167370J. doi:10.1371 / journal.pone.0167370. PMC  5179130. PMID  28005908.
  28. ^ A b C d Parkinson RA, Dias KR, Horswell J, Greenwood P, Banning N, Tibbett M, Vass AA (2009). „Mikrobiální komunitní analýza lidského rozkladu na půdě.“. Trestní a environmentální forenzní půda. Dordrecht: Springer. 379–394. doi:10.1007/978-1-4020-9204-6_24. ISBN  978-1-4020-9203-9.
  29. ^ Metcalf JL (leden 2019). „Odhad posmrtného intervalu pomocí mikrobů: mezery ve znalostech a cesta k přijetí technologie“. Forensic Science International. Genetika. 38: 211–218. doi:10.1016 / j.fsigen.2018.11.004. PMID  30448529.