Nekrobiom jako narzędzie do ustalenia PMI w kryminalistyce
Grafika wygenerowana przy pomocy Chat GPT.
Współczesna kryminalistyka coraz śmielej korzysta z osiągnięć mikrobiologii czy bioinformatyki. Jednym z najnowszych i najbardziej obiecujących kierunków współpracy z tymi dziedzinami nauki jest badanie tzw. necrobiomu, czyli zespołu mikroorganizmów które kolonizują ciało po ustaniu funkcji życiowych. Celem takiego podejścia jest m.in. precyzyjne określenie czasu zgonu PMI (ang. Postmortem Interval), co może mieć kluczowe znaczenie w postępowaniu sądowym. W artykule opublikowanym w Nature Microbiology, zespół badaczy przedstawił przełomowe wyniki dotyczące uniwersalnej sieci mikroorganizmów biorących udział w rozkładzie ludzkich zwłok.
Mikrobiom to całokształt mikroorganizmów zasiedlających dane środowisko, od ciała człowieka, przez glebę, po oceany. Obejmuje nie tylko same organizmy (bakterie, grzyby, wirusy), ale również ich materiał genetyczny, produkty metaboliczne oraz relacje, jakie między sobą tworzą. W kontekście człowieka, mikrobiom odgrywa istotną rolę w zdrowiu i chorobie, wpływając na odporność, trawienie czy regulację wielu ważnych procesów fizjologicznych. Necrobiom natomiast to część mikrobiomu, która zaczyna rozwijać się po śmierci organizmu. Składa się z mikroorganizmów, które kolonizują zwłoki i biorą udział w ich rozkładzie, zarówno endogennych (pochodzących z wnętrza ciała), jak również egzogennych (ze środowiska zewnętrznego). Ich sukcesja i zmienność w czasie mogą stanowić precyzyjny wskaźnik etapu rozkładu, dzięki czemu necrobiom zyskuje coraz większe znaczenie w medycynie sądowej.
Celem badań było sprawdzenie, czy pomimo różnic w klimacie, porze roku i lokalizacji geograficznej, proces rozkładu ludzkiego ciała prowadzony jest przez zbliżone mikrobiologiczne mechanizmy. Badacze chcieli zidentyfikować uniwersalną sieć mikroorganizmów odpowiedzialnych za ten proces oraz sprawdzić, czy na podstawie ich obecności można oszacować czas, jaki upłynął od śmierci. W tym celu przeprowadzono badania na 36 ciałach zmarłych, umieszczonych w trzech różnych ośrodkach antropologicznych w USA, reprezentujących następujące typy klimatu: umiarkowany, wilgotny i półsuchy. Zbadanie wpływu tak zróżnicowanych warunków miało dać odpowiedź na pytanie, czy istnieje wspólny biologiczny „zegar” śmierci. W trakcie 21 dni monitorowano zmiany mikrobiologiczne zachodzące w glebie i na skórze zwłok. Wykorzystano do tego celu sekwencjonowanie genów rRNA 16S i 18S, metagenomikę czy metabolomikę. Pozwoliło to na uzyskanie kompleksowego obrazu zarówno taksonomii, jak i funkcjonalności obecnych mikroorganizmów. Ponad to, dane zostały zintegrowane z informacjami o warunkach środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność dostępność promieni słonecznych. Wyniki porównano w zależności od lokalizacji, klimatu i pory roku, a także w odniesieniu do faz rozkładu (wczesnej, aktywnej i zaawansowanej).
W trakcie przeprowadzanych prac naukowcom udało się zidentyfikować sieć mikroorganizmów, która występuje niezależnie od warunków zewnętrznych. Kluczowymi uczestnikami tego procesu były m.in.: Oblitimonas alkaliphila, Ignatzschineria, Wohlfahrtiimonas, Bacteroides, Vagococcus lutrae, Savagea, Acinetobacter rudis oraz członkowie rodziny Peptoniphilaceae. Wiele z tych bakterii należy do rzadkich grup, niewystępujących w zwykłych siedliskach glebowych czy skórnych. Ciekawym aspektem była ich zdolność do tzw. cross-feedingu, czyli wymiany metabolitów pomiędzy gatunkami, co zwiększa efektywność rozkładu substancji organicznych. Dzięki tym interakcjom sieć mikrobiologiczna wykazuje dużą stabilność i przewidywalność, co ma kluczowe znaczenie dla możliwości oszacowania PMI.
Badacze wykazali, że w pierwszych dniach po zgonie dominują metabolity będące produktami rozkładu białek oraz cukrów (takie jak np. aminokwasy, aldehydy), a wraz z upływem czasu, wzrasta udział złożonych kwasów tłuszczowych. Ta sukcesja metabolitów pokrywa się z sukcesją mikrobiologiczną, co pozwala powiązać obecność konkretnych mikroorganizmów z określonym etapem rozkładu. W analizie zastosowano także techniki metabolomiki, co umożliwiło obserwację związków chemicznych powstających w różnych fazach rozkładu. Dzięki temu możliwe było stworzenie powiązań między funkcją metaboliczną a taksonomią mikroorganizmów. Stworzony model na podstawie danych z mikrobiomu (głównie 16S rRNA) okazał się bardzo precyzyjny. Przy pomocy uczenia maszynowego było możliwe oszacowanie czasu od śmierci z dokładnością do kilku dni, niezależnie od lokalizacji geograficznej. Co więcej, modele te miały większa skuteczność niż tradycyjna ocena wizualna. Szczególnie przydatne okazały się być dane ze skóry twarzy, gdzie występowały najbardziej powtarzalne wzorce.
Zastosowanie takiego podejścia może zrewolucjonizować sposób prowadzenia śledztw kryminalnych, dając śledczym narzędzie bardziej precyzyjne i odporne na subiektywność. Ponad to analiza ta może otworzyć nowe możliwości nie tylko dla kryminalistyki, ale także ekologii i nauk o życiu. Udowodniono, że rozkład biologiczny to proces ekosystemowy rządzący się ściśle określonymi zasadami, niezależnie od szerokości geograficznej. Identyfikacja mikroorganizmów specyficznych dla rozkładu zwłok może przyczynić się do opracowania nowej metody dla potrzeb sądowych. Rozwój tej dziedziny może także wpłynąć na lepsze zrozumienie cyklu życia i roli mikroorganizmów w zamykaniu obiegu materii. Dzięki dalszym badaniom istnieje szansa na stworzenie uniwersalnych narzędzi do analizy postępu rozkładu, przydatnych w różnych dziedzinach nauki. Badanie necrobiomu ludzkiego to dynamicznie rozwijająca się dziedzina, która wnosi rewolucyjne możliwości do nauk sądowych. Opracowanie uniwersalnej sieci mikroorganizmów biorących udział w rozkładaniu martwej materii i ich powiązanie z czasem zgonu, może odmienić sposób prowadzenia śledztw kryminalnych. Podsumowując te odkrycie, przyszłość należy do mikrobiologii, zarówno w laboratorium, jak i na miejscu zbrodni.
Literatura:
Burcham Z.M, Belk A.D., McGivern B.B., Bouslimani A., Ghadermazi P., Martino C., Shenhav L., Zhang A.R., i in. 2024. A conserved interdomain microbial network underpins cadaver decomposition despite environmental variables, Nature Microbiology, 9: 595–613
