Mikrobiologiczne dowody przestępstwa – perspektywa wykorzystania mikrobiologii w kryminalistyce

 

Grafika wygenerowana przy pomocy Chat GPT

Mikrobiom człowieka, czyli ogół mikroorganizmów zasiedlających ciało, przez wiele lat był badany głównie w kontekście zdrowia i chorób. Dopiero rozwój nowoczesnych metod sekwencjonowania DNA ujawnił, że społeczności bakterii, grzybów i innych mikroorganizmów mogą mieć również zastosowanie w kryminalistyce. Każdy człowiek nosi na swojej skórze, w jamie ustnej, przewodzie pokarmowym i innych częściach organizmu ogromną liczbę mikroorganizmów. Co szczególnie interesujące z punktu widzenia nauk sądowych, skład tych społeczności różni się pomiędzy ludźmi. W efekcie coraz częściej pojawia się pytanie, czy mikrobiom może pełnić funkcję biologicznego „odcisku palca”, umożliwiającego identyfikację osób lub powiązanie ich z określonym miejscem zdarzenia.

Podstawą tej koncepcji jest fakt, że człowiek nieustannie pozostawia wokół siebie ślady mikrobiologiczne. Dotykając klamki, telefonu komórkowego, klawiatury komputera czy ubrania, przenosi część bakterii znajdujących się na powierzchni skóry. Proces ten określany jest mianem transferu mikrobiologicznego. Chociaż pojedyncze gatunki bakterii występują u wielu ludzi, ich proporcje oraz obecność konkretnych szczepów tworzą unikalne kombinacje. Dzięki temu możliwe staje się porównywanie profili mikrobiologicznych pochodzących od różnych osób oraz ze śladów zabezpieczonych na miejscu zdarzenia.

Przełomowe znaczenie dla rozwoju tej dziedziny miały badania zespołu Erica Franzosy. Naukowcy postanowili sprawdzić, czy mikrobiomy ludzi są wystarczająco charakterystyczne, aby umożliwiać identyfikację konkretnych osób. W tym celu wykorzystali dane zgromadzone w ramach projektu Human Microbiome Project, jednego z największych przedsięwzięć badawczych poświęconych mikroorganizmom człowieka. Analizowano próbki pobrane z różnych części ciała setek uczestników. Zamiast ograniczać się do identyfikacji gatunków bakterii, badacze skupili się również na różnicach występujących pomiędzy szczepami tego samego gatunku. Wykorzystano metodę sekwencjonowania metagenomicznego, czyli analizę całego materiału genetycznego obecnego w próbce środowiskowej, bez konieczności hodowania mikroorganizmów w laboratorium. Dzięki temu możliwe było uzyskanie bardzo szczegółowego obrazu mikrobiomu każdej osoby. Wyniki pokazały, że indywidualne kombinacje mikroorganizmów są na tyle charakterystyczne, iż pozwalają odróżnić jedną osobę od drugiej nawet w dużej grupie badanych. Autorzy stworzyli tak zwane kody metagenomiczne, czyli zestawy cech mikrobiologicznych umożliwiających identyfikację konkretnego człowieka. Co ważne, część tych cech pozostawała stosunkowo stabilna przez wiele miesięcy, dzięki czemu możliwe było rozpoznawanie tych samych osób w próbkach pobranych po dłuższym czasie.

Wyniki tego badania miały ogromne znaczenie dla kryminalistyki. Pokazały bowiem, że mikrobiom nie jest jedynie przypadkowym zbiorem bakterii, ale może zawierać informacje pozwalające na identyfikację właściciela próbki. Jednocześnie naukowcy podkreślili, że skuteczność identyfikacji zależy od rodzaju analizowanej części ciała. Niektóre mikrobiomy, na przykład jelitowe, wykazywały większą stabilność niż mikrobiomy skóry. Oznacza to, że różne rodzaje śladów biologicznych mogą mieć odmienną wartość dowodową.

Kolejnym ważnym krokiem było zbadanie, jak długo mikrobiologiczne ślady pozostają użyteczne po przeniesieniu na powierzchnie przedmiotów. Tematem tym zajęli się David Wilkins, Marcus Leung i Patrick Lee. Badacze obserwowali społeczności bakterii występujące na skórze mieszkańców gospodarstw domowych oraz na różnych powierzchniach znajdujących się w ich otoczeniu. Próbki pobierano wielokrotnie przez cztery pory roku. Celem było sprawdzenie, czy bakterie pozostawione na przedmiotach zachowują cechy umożliwiające identyfikację osoby, która je pozostawiła. Wyniki wykazały, że świeżo przeniesione mikrobiomy rzeczywiście mogą zostać przypisane do konkretnych osób z wysoką dokładnością. Jednocześnie okazało się, że wraz z upływem czasu skład mikrobiologiczny powierzchni stopniowo się zmienia. Na ślady wpływają warunki środowiskowe, kontakt z innymi ludźmi oraz naturalna wymiana mikroorganizmów pomiędzy otoczeniem a powierzchnią przedmiotu. W efekcie po dłuższym czasie zdolność identyfikacyjna mikrobiomu znacząco maleje. Autorzy doszli do wniosku, że mikrobiologiczne ślady mogą być cennym materiałem dowodowym, jednak ich wartość jest największa stosunkowo krótko po pozostawieniu.

Badania te dostarczyły również ważnych informacji dotyczących tak zwanej sukcesji mikrobiologicznej. Jest to proces stopniowej zmiany składu społeczności mikroorganizmów w czasie. W praktyce oznacza to, że ślad mikrobiologiczny nie jest strukturą statyczną. Bakterie jednych gatunków mogą zanikać, podczas gdy inne zaczynają dominować. Dla kryminalistyki stanowi to zarówno problem, jak i szansę. Z jednej strony utrudnia identyfikację sprawcy po upływie długiego czasu. Z drugiej strony analiza zmian mikrobiologicznych może dostarczać informacji o czasie, jaki upłynął od pozostawienia śladu.

Znaczenie mikroorganizmów w ustalaniu czasu zdarzeń szczególnie wyraźnie widać w badaniach dotyczących zwłok. Po śmierci człowieka mikrobiom organizmu ulega gwałtownym przemianom. Bakterie, które za życia współtworzyły naturalną mikroflorę, zaczynają uczestniczyć w procesach rozkładu tkanek. Kolejne grupy mikroorganizmów pojawiają się w określonej sekwencji czasowej. Na tej podstawie naukowcy zaproponowali koncepcję mikrobiologicznego zegara pośmiertnego. W przeglądzie systematycznym opublikowanym przez Brunę Moitas, Inês Morais Caldas oraz Beneditę Sampaio-Maię przeanalizowano wyniki licznych badań dotyczących wykorzystania mikrobiomu do określania czasu, jaki upłynął od śmierci. Autorzy wykazali, że zmiany w składzie bakterii zachodzą według stosunkowo przewidywalnych wzorców. Dzięki temu analiza mikrobiologiczna może wspomagać klasyczne metody szacowania pośmiertnego odstępu czasu, określanego jako postmortem interval. Przegląd wskazał jednak również na ograniczenia tej metody. Tempo zmian mikrobiologicznych zależy między innymi od temperatury, wilgotności, rodzaju podłoża oraz obecności owadów nekrofagicznych. Z tego powodu konieczne są dalsze badania pozwalające opracować bardziej uniwersalne modele analityczne.

Rozwój kryminalistyki mikrobiologicznej był możliwy dzięki postępom w dziedzinie metagenomiki. Metagenomika to analiza materiału genetycznego pochodzącego od wszystkich organizmów obecnych w badanej próbce. W przeciwieństwie do klasycznych metod mikrobiologicznych nie wymaga ona izolowania i hodowania poszczególnych gatunków bakterii. Umożliwia to wykrywanie również tych mikroorganizmów, które nie rosną w standardowych warunkach laboratoryjnych. Istotnym narzędziem wykorzystywanym w takich analizach stały się programy bioinformatyczne pozwalające na identyfikację tysięcy gatunków i szczepów bakterii na podstawie krótkich fragmentów DNA. Dzięki temu możliwe jest tworzenie szczegółowych profili mikrobiologicznych zarówno dla ludzi, jak i dla śladów zabezpieczonych na miejscu zdarzenia.

Mimo obiecujących wyników badań mikrobiom nie może obecnie zastąpić klasycznej analizy DNA. Materiał genetyczny człowieka pozostaje znacznie bardziej stabilnym i lepiej zweryfikowanym narzędziem identyfikacyjnym. Mikrobiom jest natomiast podatny na wpływ wielu czynników, takich jak dieta, wiek, stosowanie antybiotyków, środowisko życia czy choroby. Skład społeczności bakterii może zmieniać się w ciągu miesięcy, a nawet tygodni. Dlatego współcześnie traktuje się go przede wszystkim jako dodatkowe źródło informacji, które może wspierać tradycyjne metody kryminalistyczne.

Wnioski płynące z dotychczasowych badań są jednak bardzo interesujące. Po pierwsze, każdy człowiek posiada charakterystyczny profil mikrobiologiczny, który może być wykorzystywany do celów identyfikacyjnych. Po drugie, mikroorganizmy są regularnie przenoszone pomiędzy ludźmi a otoczeniem, pozostawiając ślady możliwe do wykrycia za pomocą nowoczesnych metod sekwencjonowania DNA. Po trzecie, zmiany zachodzące w mikrobiomie po śmierci mogą dostarczać informacji o czasie zgonu. Wreszcie, rozwój metagenomiki i bioinformatyki sprawia, że analiza mikrobiologiczna staje się coraz dokładniejsza i bardziej dostępna. Wszystko wskazuje na to, że w najbliższych latach mikrobiom będzie odgrywał coraz większą rolę w naukach sądowych, zwłaszcza jako narzędzie uzupełniające klasyczne badania genetyczne. Choć technika ta wymaga dalszej standaryzacji i walidacji, już dziś dostarcza dowodów na to, że niewidoczne gołym okiem społeczności bakterii mogą stać się cennym świadkiem zdarzeń kryminalnych.

Literatura

1. Franzosa E.A., Huang K., Meadow J.F., Gevers D., Lemon K.P., Bohannan B.J.M., Huttenhower C. (2015). Identifying personal microbiomes using metagenomic codes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(22), E2930–E2938.

2. Wilkins D., Leung M.H.Y., Lee P.K.H. (2017). Microbiota fingerprints lose individually identifying features over time. Microbiome, 5(1), 1–13.

3. Moitas B., Morais Caldas I., Sampaio-Maia B. (2024). Microbiology and postmortem interval: a systematic review. Forensic Science, Medicine and Pathology, 20(4), 696–715.

4. Truong D.T., Franzosa E.A., Tickle T.L., Scholz M., Weingart G., Pasolli E., Tett A., Huttenhower C., Segata N. (2015). MetaPhlAn2 for enhanced metagenomic taxonomic profiling. Nature Methods, 12(10), 902–903.