Наукові звіти про спадкоємність та час від смерті людини танатомікробіом

Предмети

Анотація

Вступ

Дослідження метагеномного секвенування проекту Human Microbiome Project (HMP) характеризували складність людського мікробіома на численних ділянках тіла, підкреслюючи значні відмінності між мікробними спільнотами всередині та між особами 1. У здорової дорослої людини співвідношення 10: 1 клітин в організмі становить мікробні 1,2. Відправник та ін. 3 оскаржили цю оцінку і припустили, що співвідношення набагато ближче до 1: 1. Танатомікробіом - це посмертна мікробна спільнота людського тіла, яка включає послідовний процес, коли трильйони мікробів мешкають, розмножуються та гинуть внутрішньо та зовні по всьому мертвому тілу, що призводить до тимчасових зрушень у складі спільноти з часом 4,5. Після смерті середовище господаря змінюється внаслідок розкладання клітин і подальшого виходу клітинних компонентів в навколишні тканини. Існує кілька послідовних подій, які трапляються після смерті людини, що призводить до нестримного розмноження певних типів мікробних клітин та спокою або загибелі інших клітин 6,7,8,9,10 .

На вивчення танатомікробіому внутрішніх органів та крові безпосередньо не впливають ті самі абіотичні фактори навколишнього середовища (тобто рН та температура) та біотичні фактори (тобто діяльність комах та поглинача) 11, з якими стикається некробіом 12. Крім того, передбачається, що на танатомікробіом певних органів не впливають негайно мікроорганізми, пов’язані з кишечником, які швидко розмножуються після смерті людини 13. Колись давно існувало переконання, що внутрішні органи людини стерильні у живих господарів 14,15. Однак є достатньо доказів, продемонстрованих даними HMP, що деякі внутрішні органи (тобто легені та кишечник) забезпечують окремі ніші для коменсальних умовно-патогенних та патогенних мікроорганізмів для колонізації мікробіомів 1. Мікроби, виявлені у внутрішніх органах трупів, можуть представляти тих, які безпосередньо пов'язані з розкладанням людини. Туомісто та ін. 13 показали, що внутрішні органи, такі як печінка, залишаються стерильними до п'яти днів після смерті.

У міру розпаду людського тіла мікроби розмножуються в крові, печінці, селезінці, серці та мозку залежно від часу; тому відносна кількість мікробів буде змінюватися залежно від органу тіла та інтервалу після смерті (PMI) 5. Для того, щоб усунути недолік знань щодо внутрішнього танатомікробіома, ми описуємо тут результати найбільшого на сьогодні дослідження посмертних мікробних спільнот внутрішніх органів. Ми припустили, що в міру розкладання людського організму танатомікробіом у внутрішніх органах змінюється у структурі мікробної спільноти з плином часу. Щоб оцінити цю гіпотезу, ми відібрали 27 трупів із різним часом смерті (від 3,5 до 240 годин) за різними причинами смерті, використовуючи технологію секвенування ампліконів 16S рРНК для класифікації мікробних таксонів, пов’язаних з трупами. Крім того, ми продемонстрували значну кореляцію між сигнатурами танатомікробіомів, що відповідало PMI. Таким чином, ми підготували мікробний каталог танатомікробіому, який може створити корисний криміналістичний інструмент і надати конструктивну інформацію тим, хто вивчає останки людини.

Результати

Для дослідження танатомікробіомічних профілів, сформованих секвенированием амплікону гена 16S рРНК, ми відібрали та проаналізували внутрішні органи (мозок, серце, печінка та селезінка), щічні порожнини та/або кров 27 людських трупів із фактичних кримінальних справ з інтервалами після смерті від 3,5 Було зібрано 240 годин (таблиця S1). Загалом ми секвенували мікробну ДНК для 66 зразків з 27 трупів. Криві розрідження продемонстрували, що коли кількість зчитувань послідовностей зростала, багатство видів значно зростало з кожною пробою (рис. S1). Альфа-різноманітність, продемонстрована на кривих розрідження, показала, що тканини були достатньо послідовними, щоб спостерігати всі таксони. Більшість зразків досягли асимптоти, що свідчить про адекватні показники для порівняння зразків.

Окремі оперативні таксономічні одиниці (ОТУ) досліджували на предмет статистичної значущості та визначали відносну чисельність 20 найбільш переважаючих родів у всіх зразках (рис. 1). Результати показали, що роди бактерій були подібними між різними органами кожної статі, але були різними між самками та самцями. Винятком з цієї тенденції є щічна порожнина, для якої подібні роди спостерігались для обох статей, як показано на рис. 1. За винятком трьох зразків рота, решта зразків утворюють чітке скупчення в тепловій карті. Зважений UniFrac ADONIS на зразках ротової порожнини привів до дуже незначної різниці між статями (p = 0,923). Відносний вміст мікробів у зразках крові був подібним у кожному зразку з плином часу (рис. 1). ANOVA, вивчаючи відмінності у різноманітності Шеннона, з'ясував значні відмінності між усіма типами органів (p Таблиця 1 Результати ADONIS на основі незважених та зважених відстаней UniFrac.

спадкоємність

Відносна чисельність 20 найбільш переважаючих родів у всіх зразках.

На рис. 2 показані ділянки тіла зі значно різними значеннями α-різноманітності між самками та самцями. Були значні відмінності між жінками та чоловіками (p Рисунок 2

Відносна чисельність найбільш переважаючих бактерій між самками та самцями зразків.

Теплова карта була створена для візуалізації відносної чисельності 30 найбільш переважаючих родів бактерій (рис. 3). Зразки та роди бактерій були відсортовані відповідно до евклідових метрик та незважених відстаней UniFrac, відповідно. Теплова карта показала подібні взаємозв'язки; щічна порожнина містила подібні організми (напр., Стрептококи, вієлонели та превотелли), причому всі інші типи органів мають більш подібне співтовариство між собою, ніж щічна порожнина.

Теплова карта для візуалізації відносної чисельності 30 найбільш переважаючих родів бактерій.

Роди бактерій та зразки були відсортовані на основі евклідової та незваженої відстані UniFrac, відповідно.

Міри мікробної різноманітності перевіряли на відмінності за допомогою тесту ADONIS на основі відстаней UniFrac (табл. 2). Значущі відмінності (p Таблиця 2 Результати ANOVA, тестування на відмінності в багатстві Chao1 та різноманітності Шеннона серед груп.

Аналіз основних координат (PCoA) на основі незважених та зважених відстаней Unifrac був визначений для всіх зразків (рис. 4). PCoA, заснований на незважених відстанях UniFrac, показав, що зразки щічної порожнини утворювали відмінну групу від інших типів зразків (рис. 4а). PCoA для жіночих зразків з високим PMI збігався близько 0 для обох осей, як показано на рис. 4b. Як видно з незважених відстаней UniFrac PCoA, на зваженому PCoA була зображена така сама окрема група щічної порожнини (рис. 4в). Для зваженої відстані PCoA на відстані UniFrac з проілюстрованим PMI зразки з високим PMI розташовувались в одній області приблизно (0,1, -0,1). Знову ж таки, це були всі жіночі зразки, які мали високий ІМТ (рис. 4г).