Microbiologie in hapklare porties
De dood ontrafelen met BMI en andere intrinsieke factoren
Het begrip postmortaal interval (PMI), waarmee onderzoekers van de plaats delict de tijd sinds de dood van een persoon kunnen schatten, is een onmisbaar instrument in de forensische microbiologie. Bij het bepalen van het PMI wint het bestuderen van bacteriële successiepatronen het van andere methoden (bijvoorbeeld het gedrag van insecten), zoals in een eerder artikel in de blog is uitgelegd. Naast successiepatronen tijdens de ontbinding (verandering van soorten in hun gemeenschapsstructuur), wordt het schatten van het tijdstip van overlijden ook vergemakkelijkt door de voorspelbare microbiële ecologie die hierbij betrokken is.
Het is bekend dat externe (omgevings)factoren de microben tijdens de ontbinding van een lijk beïnvloeden, maar recent onderzoek suggereert dat ook de intrinsieke factoren van het lichaam, die nauwelijks zijn onderzocht, een belangrijke rol spelen. Dergelijke intrinsieke factoren (bv. eigenschappen van het kadaver) verschillen van persoon tot persoon, en omvatten leeftijd, geslacht, ziekten op het moment van overlijden, en zelfs BMI. Samen beïnvloeden zij de bodem onder het ontbindende lichaam en het ontbindingsproces zelf.
Invloed van de ontbinding van kadavers op de bodemecologie
De bovengenoemde intrinsieke factoren schrijven toe aan verschillen in de lichaamsfysiologie en het microbioom tussen individuen op het moment van overlijden. Uit een studie bleek bijvoorbeeld dat bij mensen met een hoog BMI (zwaarlijvige personen – vooral zwaarlijvige vrouwen) de ontbinding sneller verloopt, omdat vet de inherent hogere lichaamstemperatuur langer vasthoudt en de ontbinding sneller bevordert.
In de studie van Dr. Mason en haar team leggen de wetenschappers uit dat bij verschillende kadavers veranderingen in de ontbindingspatronen zijn waargenomen, ondanks het feit dat zij op hetzelfde tijdstip en dezelfde plaats(!) zijn ontbonden. Fysiologische verschillen tussen kadavers zijn ook van invloed op het gedrag van insecten/aaseters en de ontbindingsproducten. Daarom is het van vitaal belang de rol van de intrinsieke factoren tijdens het ontbindingsproces te begrijpen.
In hun werk gebruikten de onderzoekers 19 individuen (lichaamsdonoren) om de invloed van de intrinsieke factoren als indicatoren van PMI te bestuderen door te kijken naar biochemische veranderingen in de bodem.
Veranderingen in de bodemchemie beïnvloed door verschillende intrinsieke factoren in de kadavers
In de bodem veranderen de chemie en de microbiële activiteit. Microbiële overvloed en diversiteit verminderen gedurende het ontbindingsproces. Daarnaast nemen de elektrische geleidbaarheid (48 keer meer!), het organische gehalte en de ammoniak toe. De pH is echter een ander verhaal.
De pH in bodems met afbraakeffecten stijgt bij mensen met ondergewicht (<18,5 BMI) en daalt bij mensen met normaal overgewicht en obesitas (>18,5 BMI). De reden is dat tijdens de afbraak vet wordt afgebroken tot organische zuren zoals stearinezuur, oliezuur en palmitinezuur, die de pH verlagen, terwijl bij de afbraak van spieren ammonium in de bodem vrijkomt, waardoor de pH van de bodem toeneemt. Mensen met een hoge BMI (meer vet) geven dus meer zuur af, waardoor de pH van de bodem daalt, terwijl mensen met een lage BMI de pH verhogen door meer ammoniak af te geven.
Wisselende microbiële dynamiek in de bodem bij toenemende lichaamsafbraak
In het algemeen neemt de microbiële diversiteit in de bodem onder personen met ondergewicht en normale personen in de loop van de tijd af, terwijl de diversiteit onder personen met overgewicht constant blijft. De schimmelsamenstelling stabiliseert zich uiteindelijk en wordt vergelijkbaar tijdens de actieve ontbinding tussen de individuen. De bacteriële diversiteit varieert daarentegen aanzienlijk per individu gedurende het proces.
Deze bevinding is belangrijk voor ons omdat verschillen in microbiële diversiteit van invloed kunnen zijn op de weerstand – vermogen om veranderingen te weerstaan, en/of veerkracht – snelheid van herstel van de gemeenschap, tegen stressoren. De bacteriële samenstelling was divers vanaf het begin (vóór de ontbinding) tot het einde. De lage schimmeldiversiteit vanaf het begin leidde echter tot een selectieproces, waarbij de ongunstige soorten werden uitgewied, waardoor de schimmelgemeenschap in de loop der tijd tussen de individuen vrij identiek werd. Daarom vertoonde de bacteriële gemeenschap een grotere weerstand en veerkracht dan haar schimmelgenoten.
Veranderingen tussen individuele kadavers die variëren in BMI
De BMI, die betrekking heeft op lichaamslengte en -gewicht, wordt gebruikt als de beste vertegenwoordiger in de studie voor de (lichaams)samenstelling wat betreft de verhouding vet : spierweefsel.
Wetenschappers beweren dat variaties in lichaamssamenstelling (vet, spieren en botten) tussen individuen de grondstofpools in de bodem veranderen, en zo de activiteit en de overvloed (of aanwezigheid) van ontbindende organismen beïnvloeden. Bij een individu met een hoog BMI, dat meer vet dan spieren heeft, hebben vetmetaboliserende micro-organismen zoals de schimmel Yarrowia lipolytica een dominant concurrentievoordeel ten opzichte van andere microben. De schimmels Yarrowia en Dipodascus, die zich aanpassen aan een variabele pH, gedijen beter dan andere schimmels zoals Saccharomyces cerevisiae (bakkersgist), die vasthouden aan een lage pH, waardoor hun aanwezigheid meer opvalt.
Interessant is dat, hoewel de samenstelling van de ontbindingsvloeistoffen van de donoren varieerde, geen van de geteste intrinsieke factoren deze trend kon verklaren.
Over het algemeen zijn zieke personen niet gekoppeld aan een profiel met een diverse gemeenschap, in het bijzonder schimmels. Zo hebben donoren met kanker een vrij uniforme microbiële samenstelling en verschillende ontbindingspatronen als gevolg van de ziekte zelf, of geassocieerde therapeutische ingrepen (therapeutica grijpen in op de lichaamsfysiologie van de patiënten en beïnvloeden hun microflora), wat een negatieve invloed heeft op de necrotische gemeenschap van ontbindende microben. Hier zijn Firmicutes overvloediger dan Bacteroides.
Om de trend beter te begrijpen, stellen de wetenschappers voor de omvang van de steekproeven te vergroten, toxicologische screening op te nemen, het oorspronkelijke microbioom van het lichaam op het moment van overlijden te karakteriseren en tijdreeksanalyses van vloeistofgemeenschappen uit te voeren.
Beperkingen en verder onderzoek
De BMI is een indirecte maat voor de lichaamssamenstelling en houdt bij de analyse geen rekening met verschillen zoals leeftijd, geslacht, enz. Daarom zou een directe aanpak zoals dual-energy X-ray absorptiometry (voor spier-, vet- en botanalyse) gunstiger kunnen zijn voor toekomstige onderzoeken naar de ontbinding.
Een gebied dat verder zou kunnen worden onderzocht is het effect van intrinsieke factoren op zieke individuen op het moment van hun overlijden, vooral diegenen die aan kanker leden. In de studie werd immers vastgesteld dat kanker (en/of de therapeutische ingrepen) de microbiële ontbinding zou kunnen remmen.
Andere intrinsieke factoren zoals dieet, afkomst en de aanwezigheid van geneesmiddelen werden niet in aanmerking genomen bij de analyse van het ontbindingspatroon. Om dit te verzachten, bevelen de onderzoekers aan verdere studies uit te voeren met een grotere onderzoekspopulatie en BMI-beïnvloede afbraaksnelheden en -patronen op te nemen in taphonomiestudies (studie van hoe organische resten overgaan van de biosfeer naar de lithosfeer).
Aangezien het necrobioom (ontbindende microben) verschillende dynamische veranderingen vertoonde binnen de kleine steekproef van slechts 19 individuen, wordt voorgesteld dat een grotere en meer diverse steekproefomvang de successiepatronen van de microben, die een grote rol spelen bij het bepalen van de schatting van het postmortale interval, beter zou onderzoeken. Uiteindelijk zou het opnemen van intrinsieke en omgevingsgegevens voor grotere steekproeven ongetwijfeld de postmortale intervalmodellen verbeteren.
Link to the original post:
Mason, A. R., McKee-Zech, H. S., Hoeland, K. M., Davis, M. C., Campagna, S. R., Steadman, D. W., & DeBruyn, J. M. (2022). Body Mass Index (BMI) Impacts Soil Chemical and Microbial Response to Human Decomposition. Msphere, e00325-22. DOI: https://doi.org/10.1128/msphere.00325-22
Featured image: Original image by author using craiyon.com
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 