Rozkład materiału biologicznego przez drobnoustroje jest procesem integralnym umożliwiającym dalsze życie
Ziemia. Chociaż niektóre badania genetyczne badały społeczności drobnoustrojów
rozkładać się materia roślinnaCo zaskakujące, wiemy bardzo niewiele na temat rozkładu kręgowców, takich jak ludzie.

Tak było do niedawna badanie przez naukowców z Colorado State University (CSU) zidentyfikowało sieć drobnoustrojów, które wydają się „uniwersalnie” napędzać rozkład mięsa zwierząt, niezależnie od zmiennych środowiskowych.

Zespół badawczy pod przewodnictwem Doktor Jessica Metcalfprofesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk o Zwierzętach, prześledził rozkład 36 ludzkich zwłok w 3 miejscach dobrowolnego oddawania ciał: na Uniwersytecie Tennessee, Uniwersytecie Stanowym Sam Houston i Uniwersytecie Colorado Mesa.

W trakcie wieloletnich badań zwłoki umieszczano w klatkach i wystawiano na działanie czynników atmosferycznych
przez wszystkie cztery pory roku. Po 21 dniach ekspozycji Metcalf i współpracownicy
z każdego ze zwłok pobierano próbki skóry i gleby, które następnie poddawano
różne badania molekularne i genomiczne, w tym sekwencjonowanie genetyczne i metabolity
ćwiczenie.

Co zaskakujące, we wszystkich 36 ciałach zidentyfikowano te same 20 drobnoustrojów, niezależnie od ich pochodzenia
klimat lub rodzaj gleby, na działanie której były narażone.

Sieć, w tym postacie takie jak Oblitimonas alkaliphila, Ignatzschineria, Wohlfahrtiimonas, Bacteroides I Vagococcus lutrae, reprezentowały „wyjątkową różnorodność filogenetyczną”, która była rzadka lub niewykryta w społecznościach drobnoustrojów żywicielskich lub glebowych w Amerykański projekt Gut albo Projekt Mikrobiomu Ziemi zbiorów danych, dwa duże badania charakteryzujące społeczności drobnoustrojów u ludzi. Jednakże drobnoustroje znajdują się na owadach, co sugeruje, że owady działają jak „wektory”, przenosząc drobnoustroje
do zwłok w celu rozkładu.

„Widzimy, że podobne drobnoustroje pojawiają się w podobnym czasie rozkładu,
niezależnie od dowolnej liczby zmiennych zewnętrznych, jakie przychodzą na myśl” – powiedział Metcalf.

Odkrycie składu i czasu występowania drobnoustrojów rozkładających ludzkie mięso niesie ze sobą ważne implikacje dla medycyny sądowej. Metcalf i współpracownicy zastosowali do danych podejście oparte na uczeniu maszynowym i zbudowali narzędzie, które jest w stanie przewidzieć – z dużą dokładnością – czas, jaki upłynął od momentu
śmierć. Okres ten, zwany także okresem pośmiertnym, może być trudny
rozszyfrować, kiedy szczątki zostały wystawione na działanie trudnych warunków środowiskowych.

Sieci technologiczne rozmawiał z zespołem badawczym CSU, aby zrozumieć, w jaki sposób przeprowadzono badanie – które opiera się na ponad 10 latach pracy – oraz w jaki sposób dane mogły
pomoc w modulowaniu procesów rozkładu w przemyśle śmierci ludzkiej.

P: Czy może Pan wyjaśnić, dlaczego przed tym badaniem niewiele było wiadomo na temat ekologii rozkładu kręgowców?

A: Wiadomo, że mikroby odgrywają główną rolę w rozkładaniu szczątków kręgowców, w tym ludzi. Jednak niektóre zawiłości dotyczące sposobu, w jaki członkowie społeczności drobnoustrojów rozkładających reagują i współdziałają ze sobą, nie są dobrze znane, szczególnie porównania tych działań w różnych klimatach.
Powodem tego braku wiedzy jest to, że większość wcześniejszych badań w tym zakresie
pole rozkładu skupiło się na rozkładzie materiału roślinnego z powodu
znacznie większą globalną biomasę.

P: Dlaczego wybrałeś 21-dniowy okres obserwacji?

A: Wybrano okres 21 dni, ponieważ wtedy rozkład kręgowców jest najbardziej dynamiczny. Największe zmiany widzimy w organizmie, otaczającym środowisku i
społeczności drobnoustrojów. Zatem wybierając ten przedział czasowy, uchwycimy, w jaki sposób
drobnoustroje reagują na te dynamiczne zmiany.

P: Badanie wygenerowało z próbek znaczną ilość informacji molekularnych i genomicznych. Czy możesz podsumować różne metody zastosowane do analizy tych danych i dlaczego?

A: Zsekwencjonowaliśmy gen niezbędny dla wszystkich prokariotów, zwany genem 16S rRNA. Sekwencjonowanie tego genu pozwala nam zidentyfikować drobnoustroje w systemie i uzyskać względny pomiar ich częstości występowania w każdym punkcie czasowym. Zrobiliśmy także sekwencję
gen eukariotyczny, 18S rRNA, który odgrywa tę samą rolę u eukariontów, na który warto zwrócić uwagę
mikroskopijne eukarionty w systemie.

Ponadto przeprowadziliśmy sekwencjonowanie metagenomiczne, aby zbadać funkcjonalne geny bakterii, takie jak zdolność do tworzenia lub wykorzystywania określonych składników odżywczych. Udało nam się także połączyć genomy niektórych kluczowych bakterii z danymi metagenomicznymi, co stanowi pierwszą w naszej dziedzinie bazę danych dotyczącą rozkładu drobnoustrojów. Na koniec wygenerowaliśmy dane metabolomiczne, które stanowią profil niektórych składników odżywczych i typów zasobów w środowisku.

P: Czy możesz nam powiedzieć trochę więcej o uniwersalnych rozkładaczach? Jakie są najważniejsze mikroorganizmy w tej społeczności? Czy były jakieś, które Cię zaskoczyły?

A: Te uniwersalne czynniki rozkładające to organizmy, które, jak odkryliśmy, są powiązane z aktywnymi i zaawansowanymi etapami rozkładu we wszystkich naszych lokalizacjach klimatycznych. Niektóre z tych
organizmy obejmują bakterie, o których wiadomo, że są powiązane z muchówkami rozdymkowymi, które się nimi żywią
pozostaje np Ignatzschineria. Żadne z nich nie było szczególnie zaskakujące, ale są takie, o których nie wiemy zbyt wiele, jak np Oblitimonas.

P: Znalazłeś uniwersalne substancje rozkładające na owadach, co oznacza, że ​​owady „przynoszą je” do zwłok. Czy możesz powiedzieć więcej o tych owadach – czy występują na całym świecie i czy narażone są na jakąkolwiek presję środowiskową?

A: Tak, owady są wektorami zarówno do, jak i ze zwłok. Przynoszą swoje
drobnoustroje i osadzają je poprzez żerowanie i wypróżnianie. W przypadku much,
składają również jaja, z których wylęgają się robaki, i składają/zbierają własne
mikroby. Następnie, gdy muchy/czerwie opuszczą pomieszczenie, zabierają część tych drobnoustrojów
z nimi do następnej lokalizacji. Owady te obejmują szeroki podzbiór, w tym muchy,
chrząszcze i mrówki.

Istnieją badania, w których rozkład miał kontrolowane warunki, wykluczające owady, i niektóre z tych samych drobnoustrojów, które wykrywamy, rzeczywiście występują, ale brakuje drobnoustrojów specyficznych dla owadów. Proces rozkładu nadal zachodzi, jednak brak owadów może spowodować jego wolniejszy postęp, a nawet dłuższe zaleganie tkanki na zwłokach.

„Mam wrażenie, że otwieramy wiele możliwości w zakresie podstawowej ekologii i obiegu składników odżywczych” – powiedział Metcalf.

P: Układ eksperymentu – ciała ludzkie wystawione na działanie pierwiastków w klatkach w różnych miejscach badawczych – może być przez niektórych interpretowany jako dość ponury. Rozumiem, że jest to jedyny sposób gromadzenia danych odzwierciedlających rzeczywiste scenariusze rozkładu człowieka, ale czy może pan wyjaśnić, jak się czuliście jako zespół badawczy podczas badania?

A: Ostatecznym celem badania rozkładu człowieka jest lepsze
ulepszyć społeczeństwo. Może to nastąpić poprzez odkrycie bardziej ekologicznych sposobów radzenia sobie z zanieczyszczeniami
zmarłego, poprawiając nasze zrozumienie podstawowych procesów ekologicznych, abyśmy mogli
mogą w nich pośredniczyć, a także dochodzeń kryminalistycznych w celu zapewnienia poszanowania sprawiedliwości.

Jako badacz ważne jest, aby podczas prowadzenia badań mieć na uwadze te korzyści. Niezwykle ważne jest również, aby ci dawcy i próbki od nich byli traktowani z najwyższym szacunkiem, ponieważ dobrowolnie przekazali siebie na rzecz poprawy naszego społeczeństwa.

P: Czy możesz porozmawiać o procesie oddawania zwłok na potrzeby Twojego badania?

A: Trzy placówki, z którymi współpracowaliśmy w tym badaniu, uważamy za „wolne ciało”.
darowizny”. Z tego powodu dawcy biorący udział w tym badaniu chętnie zgodzili się na oddanie swojego ciała do konkretnej placówki już za życia. Prośba ta została zatwierdzona przez placówkę, a najbliżsi krewni dawcy, prawnik lub lekarz upewnili się, że wola dawcy została poznana i spełniona.

P: W dyskusji na temat artykułu stwierdzono, że dane mogą pomóc w modulowaniu procesów rozkładu w przemysłach śmierci ludzkiej – czy możesz wyjaśnić, co przez to rozumiesz?

A: Branża śmierci ludzkiej ma problemy takie jak dostępność przestrzeni w
cmentarzy do pochówku oraz powstawanie substancji lotnych i gazów cieplarnianych
z kremacji. Z tego powodu istnieją inne, bardziej ekologiczne metody obsługi
przeprowadzono badania zmarłego. Na przykład ludzkie kompostowanie działa na rzecz konwersji
człowiek pozostaje w glebie bogatej w składniki odżywcze w całkowicie naturalny sposób
można wykorzystać do wspomagania wzrostu roślin lub odtwarzania zniszczonych siedlisk.

Badając mikroorganizmy związane z rozkładem, możemy pracować nad lepszym zrozumieniem tych procesów w sposób, który, miejmy nadzieję, zwiększy ich wydajność.

Dr Jessica Metcalf i dr Zachary Burcham rozmawiali z Molly Campbell, starszą autorką artykułów naukowych w Technology Networks.