Succesiunea Thanatomicrobiomului uman și rapoarte științifice despre timpul de la moarte
Subiecte
Abstract
Introducere
Studiile de secvențiere metagenomică ale Proiectului Microbiomului Uman (HMP) au caracterizat complexitatea microbiomului uman în numeroase situri ale corpului, evidențiind diferențe semnificative între comunitățile microbiene din și între indivizi 1. La un adult sănătos, un raport de 10: 1 dintre celulele unui corp sunt 1,2 microbiene. Expeditor și colab. 3 au contestat această estimare și au sugerat că raportul este mult mai aproape de 1: 1. Thanatomicrobiomul este comunitatea microbiană postmortem a corpului uman, care implică un proces de succes în care trilioane de microbi locuiesc, proliferează și mor intern și extern în tot corpul mort, rezultând schimbări temporale ale compoziției comunității în timp 4.5. La moarte, mediul gazdă se modifică din cauza descompunerii celulelor și eliberarea ulterioară a componentelor celulare în țesuturile din jur. Există mai multe evenimente secvențiale care apar după moartea unei persoane, care duc la reproducerea dezinhibată a anumitor tipuri de celule microbiene și la starea sau moartea altor celule 6,7,8,9,10 .
Studiul thanatomicrobiomului organelor interne și al sângelui nu este direct influențat de aceiași factori abiotici de mediu (adică, pH și temperatură) și factori biotici (adică, insecte și activități de eliminare) 11 care sunt întâmpinați de necrobiom 12. În plus, se presupune că thanatomicrobiomul anumitor organe nu este imediat afectat de microorganismele asociate intestinului care proliferează rapid după moartea omului 13. A fost odată o credință îndelungată că organele interne umane erau sterile în gazdele vii 14.15. Cu toate acestea, există suficiente dovezi demonstrate prin datele HMP că unele organe interne (adică plămânii și intestinele) oferă nișe distincte pentru microorganismele comensale oportuniste și patogene pentru colonizarea microbiomilor 1. Microbii descoperiți în organele interne ale cadavrelor ar putea reprezenta pe cei asociați direct cu descompunerea umană. Tuomisto și colab. 13 au demonstrat că organele interne, cum ar fi ficatul, rămân sterile până la cinci zile după moarte.
Pe măsură ce corpul uman se descompune, microbii proliferează în sânge, ficat, splină, inimă și creier într-o manieră dependentă de timp; prin urmare, abundențele relative ale microbilor vor varia în funcție de organul corpului respectiv și de intervalul postmortem (PMI) 5. Pentru a aborda lipsa de cunoștințe cu privire la thanatomicrobiomul intern, descriem aici rezultatele celui mai mare studiu realizat până acum asupra comunităților microbiene postmortem ale organelor interne. Am emis ipoteza că, pe măsură ce corpul uman se descompune, thanatomicrobiomul din cadrul organelor interne se schimbă în structura comunității microbiene pe măsură ce timpul progresează. Pentru a evalua această ipoteză, am prelevat 27 de cadavre cu diferite momente de deces (interval 3,5-240 ore), în mai multe cauze de deces, folosind tehnologii de secvențiere a ampliconului 16S rRNA pentru a clasifica taxonii microbieni asociați cu organele cadavrelor. Mai mult, am demonstrat o corelație semnificativă în semnăturile thanatomicrobiomului, care au corespuns PMI. Astfel, am produs un catalog microbian al thanatomicrobiomului, care poate stabili un instrument criminalistic util și poate furniza informații constructive celor care studiază rămășițele umane.
Rezultate
Pentru a investiga profilele thanatomicrobiomice generate de secvențierea ampliconului genei ARNr 16S, am selectat și analizat organele interne (creier, inimă, ficat și splină), cavitățile bucale și/sau sângele a 27 de cadavre umane din cazuri penale reale cu intervale postmortem între 3,5– Au fost colectate 240 de ore (Tabelul S1). În total, am secvențiat ADN microbian pentru 66 de exemplare din cele 27 de cadavre. Curbele de rarefacție au demonstrat că, atunci când numărul de citiri de secvențe a crescut, bogăția speciilor a crescut considerabil cu fiecare probă (Fig. S1). Diversitatea alfa demonstrată de curbele de rarefacție a arătat că țesuturile au fost suficient secvențiate pentru a observa toți taxonii. Majoritatea eșantioanelor au atins o asimptotă, indicând citiri adecvate pentru compararea specimenelor.
Unitățile taxonomice operaționale individuale (OTU) au fost examinate pentru semnificația statistică și au fost determinate abundențele relative ale celor mai predominante 20 de genuri din toate eșantioanele (Fig. 1). Rezultatele au arătat că genurile bacteriene au fost similare între diferite organe din cadrul fiecărui sex, dar au fost diferite între femele și bărbați. O excepție de la această tendință este cavitatea bucală, pentru care au fost observate genuri similare pentru ambele sexe, așa cum se arată în Fig. 1. Cu excluderea a trei exemplare de gură, probele rămase formează un grup distinct în harta termică. ADONIS UniFrac ponderat pe probele de gură a dus la o diferență foarte nesemnificativă între sexe (p = 0,923). Abundențele relative de microbi din probele de sânge au fost similare la fiecare specimen pe măsură ce timpul a progresat (Fig. 1). ANOVA, examinând diferențele în diversitatea Shannon, a elucidat diferențe semnificative între toate tipurile de organe (p Tabelul 1 Rezultatele ADONIS pe baza distanțelor UniFrac neponderate și ponderate.
Abundența relativă a celor 20 de genuri cele mai predominante în toate eșantioanele.
În Fig. 2, sunt prezentate siturile corpului cu valori semnificativ diferite de α-diversitate între femele și bărbați. Au existat diferențe semnificative între femei și bărbați (p Figura 2
Abundența relativă a celor mai predominante bacterii între probele de sex feminin și mascul.
A fost generată o hartă de căldură pentru a vizualiza abundențele relative ale celor mai predominante 30 de genuri bacteriene (Fig. 3). Eșantioanele și genurile bacteriene au fost sortate conform metricilor euclidiene și, respectiv, distanțelor UniFrac neponderate. Harta de căldură a arătat relații similare; cavitatea bucală conținea organisme similare (de ex., Streptococ, Viellonella și Prevotella), cu toate celelalte tipuri de organe care posedă o comunitate mai asemănătoare între ele decât cavitatea bucală.
Heatmap pentru a vizualiza abundențele relative ale celor mai predominante 30 de genuri bacteriene.
Genurile și probele bacteriene au fost sortate pe baza distanțelor euclidiene și, respectiv, UniFrac.
Măsurile diversității microbiene au fost selectate pentru diferențe folosind testarea ADONIS pe baza distanțelor UniFrac (Tabelul 2). Diferențe semnificative (p Tabelul 2 Rezultatele ANOVA, testarea diferențelor în bogăția Chao1 și diversitatea Shannon între grupuri.
Analiza coordonatelor principale (PCoA) pe baza distanțelor Unifrac neponderate și ponderate a fost determinată pentru toate probele (Fig. 4). PCoA bazat pe distanțe UniFrac neponderate a relevat că probele de cavitate bucală au format un grup distinct de celelalte tipuri de specimene (Fig. 4a). PCoA pentru probele feminine cu un PMI ridicat s-au adunat aproape de 0 pentru ambele axe, așa cum se arată în Fig. 4b. Așa cum se vede în distanțele UniFrac PCoA neponderate, același grup distinct de cavitate bucală a fost descris în PCoA ponderat (Fig. 4c). Pentru distanța UniFrac ponderată PCoA cu PMI ilustrată, probele cu un PMI ridicat au fost localizate toate într-o zonă în jur de (0,1, -0,1). Din nou, toate acestea au fost probe de sex feminin care au avut un PMI ridicat (Fig. 4d).