Microbiologie in hapklare porties
Bacteriën, biofilms en forensische PMSI
Wist u dat microben in het forensisch onderzoek worden gebruikt om onopgeloste moorden te ontrafelen? In feite kan hun aanwezigheid in een biofilm op een kadaver of een lijk helpen bij het oplossen van “dood-mysteries”. Laten we erin duiken.
Schatting van het postmortale onderdompelingsinterval (PMSI) verwijst naar de tijdsduur vanaf het moment dat een lijk in een waterlichaam terechtkomt tot het moment dat het wordt teruggevonden. Deze schatting geeft het tijdstip en de plaats aan waar het lichaam in het water viel. Bij extrapolatie kan het ook de reikwijdte van het zoeken naar de moordverdachte beperken en het onderzoek sturen.
PMSI (in het water) is in tegenstelling tot PMI (in het binnenland) moeilijker te schatten. Aangezien de eerste wordt beïnvloed door bijkomende factoren (biotische en abiotische) zoals een intensiever microbieel metabolisme, algengroei en adipocerevorming, is het problematischer.
In het water, vooral bij verdrinking, wordt de forensische praktijk complexer. Bij verdrinking dringen water en de daarin levende microben de ademhalingswegen en het spijsverteringskanaal binnen. Dit verandert het endogene microbioom en op zijn beurt de inherente successiepatronen (veranderingen van de bacteriegemeenschappen in de tijd). Breuken op de huid van het karkas brengen eerdere successiepatronen verder in de war.
Daarom hebben de meeste onderzoekers tot nu toe de voorkeur gegeven aan het bestuderen van sterfgevallen in het binnenland boven op wateren met behulp van PMSI via bacteriële successiepatronen. Maar nu stappen (gelukkig) vele anderen op om ook gevallen in het water te onderzoeken.
Microbieel metabolisme beïnvloedt de snelheid van postmortale ontbinding het meest, en daarom verbetert het analyseren van bacteriële successiepatronen over een langere tijd de nauwkeurigheid van PMSI-schatting.
Waarom bacteriën gebruiken in het forensisch onderzoek?
Wij weten dat forensische wetenschappers in het verleden hun PMSI-schatting sterk (of grof) baseerden op de wetenschap van de forensische entomologie – met behulp van de maden die rond het lijk kruipen, of de ontwikkelingsstadia van de fladderende vliegen in de buurt van het lijk. Deze technieken hebben echter een aantal tegenslagen. Deze omvatten andere omstandigheden die het onderzoek belemmeren, zoals omgevingsfactoren die de groeistadia van de insecten beïnvloeden, of de afwezigheid van dergelijke insecten binnenshuis of in de winter.
Daarom hebben wetenschappers zich nu gewend tot bacteriën. Zij schatten de tijd die is verstreken sinds de dood door het stadium van ontbinding van bacteriën te analyseren.
Hoe gebruik je bacteriën om de verstreken tijd sinds de dood vast te stellen?
In haar artikel legt Hidaya Aliouche (2020) de stadia van ontbinding uit (figuur 2). Ze stelt verder dat verschillende bacteriegemeenschappen kunnen wijzen op PMSI door bacteriële successie die kan worden bestudeerd door middel van high throughput sequencing (HTS). De verzamelde gegevens worden vervolgens gebruikt om door machine learning algoritmen gegenereerde modellen te bouwen op basis van de zeer tijdelijke dynamische veranderingen van de geanalyseerde bacteriën.
De studie:
In 2022 onderzochten Finkelbergs Dmitrijs en zijn onderzoeksteam bacteriële successie (veranderingen in de gemeenschap in de tijd) in aquatische omgevingen met behulp van epinecrotische biofilm op ontbindende varkenskarkassen. Dr. Jennifer L. Pechal definieert epinecrotische bacteriën als “die organismen die verblijven, of zich verplaatsen, op het oppervlak van ontbindende resten (de huid of de mond)”.
Om de op de karkassen aanwezige bacteriële fyla te identificeren, hebben de wetenschappers het variabele gebied 4 (V4) van 16S rDNA van de karkassen van de varkens gesequenced, in totaal 131 monsters in twee proeven: zomer en winter. De totale ruwe sequencinggegevens werden gepubliceerd in het Sequence Read Archive (SRA) onder het nummer PRJNA841063 – bekijk ze gerust!
Zij vonden dat het karkas veel sneller verteerde in de zomer (21 dagen) dan in de winter (56 dagen). De zomerpartij had tweemaal zoveel diversiteit als de winterpartij! Zij concludeerden dat seizoensgebonden variaties inderdaad de structuur van de biofilmgemeenschap op het karkas in water beïnvloedden.
Tijdens de winterproef stelden zij vast dat fyla zoals Firmicutes en Bacteroidetes op het karkasoppervlak dominant waren, terwijl tijdens de zomer Firmicutes vooral aanwezig waren in de epinecrotische gemeenschap.
Bovendien waren de dominante bacteriën in de epinecrotische gemeenschap (op de necrose) voornamelijk heterotrofen en/of detritivoren, terwijl zij in de epilithische gemeenschap (op een rotsoppervlak) voornamelijk autotrofen waren.
De waarnemingen en de afgeleide resultaten in overweging nemend, stelt Dr. F. Dmitrijs voor om de successiepatronen van de epilithische biofilm naast de epinecrotische biofilm te gebruiken als temporele controle voor de schatting van PMSI.
Misschien een beter inzicht in de veranderende dynamiek van bacteriën tijdens de ontbinding van karkassen?
Het werk van dr. C. Hyun (2019) is een goed model om de bacteriële dynamiek tijdens de verschillende stadia van ontbinding te begrijpen. Dr. F. Dmitrijs vergelijkt dit met zijn eigen werk om de bacteriegemeenschappen te vergelijken om een idee te hebben over de dynamiek tussen de verschillende geobserveerde phyla.
In de studie van Hyung was Proteobacteria het meest dominante phylum dat in de loop van de tijd afnam. Firmicutes begonnen te domineren naarmate het verval voortschreed. Bacteroideten werden alleen waargenomen in het verse en opgeblazen stadium. Actinobacteriën op de huid, die aanvankelijk de meerderheid van de gemeenschappen vormden, waren in het droge stadium al lang verdwenen.
De studie van F. Dmitrijs toonde aan dat Proteobacteriën en Firmicutes aanvankelijk dominant waren – zelfs voordat het lichaam in het water terecht was gekomen. Proteobacteriën domineerden gedurende de gehele afbraak. Firmicutes, van hun kant, daalden in het begin, maar namen weer toe tijdens de opblaasfase. Bacteroideten namen aanvankelijk toe, daalden vervolgens en namen uiteindelijk weer toe totdat het karkas in het verzonken stadium was. Acidobacteriën waren opportunistisch aanwezig tijdens de hele afbraak.
Hoewel in beide werken soortgelijke bacteriën werden waargenomen, varieerde hun abundantie aanzienlijk en contrasterend, wat interessante trends laat zien. Deze vergelijking helpt ons de hoofdrolspelers (bacteriën) te identificeren en biedt een manier om te kijken naar het mysterie achter de verschillende trends die in de twee studies zijn waargenomen.
Implicaties van de studie en de deur naar toekomstig onderzoek:
Hun werk toonde aan hoe bacteriële dynamiek en successiepatronen veranderden met het seizoen en omgevingsfactoren. Op basis hiervan suggereren zij dat verder onderzoek kan worden gedaan naar het effect van elke omgevingsconditie (temperatuur, licht en waterkwaliteit) op de afbraaksnelheid van het kadaver.
Ze hopen ook dat verdere studies het toepassingsgebied voor forensische microbiologie zouden verbreden. Deze studie, zo beweren ze, “levert[s] overtuigend bewijs dat de bacteriële opeenvolging in de epinecrotische biofilm een prominent potentieel heeft om te worden gebruikt voor de PMSI-schatting in forensisch onderzoek van ondergedompelde lijken.”
De auteur van dit artikel kijkt (zeker) uit naar meer forensische microbiologie in actie, en jij?
Link to the original post: Dmitrijs Finkelbergs et al (2022). Bacterial Succession in Microbial Biofilm as a Potential Indicator for Postmortem Submersion Interval Estimation. Frontiers in Microbiology; 13. Doi: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.951707
Additional references:
Featured image: Original image using shutterstock.com, icon-icons.com, dreamstime.com, thenounproject.com and biorender.com.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 
:format(png)/cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_image/image/43178886/journal.pone.0110710.g007.0.0.png){kind=link}