Науки о жизни
0

Микробный шлейф

by editorИюль 15, 2016

Уникальная смесь бактерий, которую вы оставляете повсюду, куда бы ни пошли, может быть использована для вашей идентификации.

Однажды утром, прошлым летом, когда эволюционный биолог Хосе Лопес пил кофе на заднем крыльце своего дома в Голливуде, штат Флорида, два грабителя влезли через окно, выходящее на улицу, и сделали то, что обычно делают все незаконно проникшие в жилище: они обшарили ящики, отключив от сети, вынесли телевизор и даже открыли холодильник, чтобы захватить банку колы.

Однако этот грабеж был не совсем обычным. Похитители являлись сотрудниками офиса местного шерифа, а кража со взломом была частью научного проекта. Позже судебно-медицинские эксперты собрали мазки со всех поверхностей и ручек в доме. В лаборатории университета Чикаго, штат Иллинойс, коллеги Лопеса выделили ДНК из всех мазков и извлекли часть одного конкретного участка, называемого 16S рДНК — последовательности, которая позволяет различить почти все виды бактерий. Амплифицируя и секвенируя эти частицы, ученые смогли идентифицировать сотни различных видов в каждом мазке

После вычеркивания видов, принадлежащих домочадцам, включая кошку, они получили новую разновидность вещественных доказательств — микробную ДНК, которую воры оставили, передвигаясь по комнатам. “Поскольку смесь видов и штаммов в микробиоме человека высокоиндивидуальна, такие молекулярные “автографы” могут быть использованы для установления личности людей, присутствовавших на месте преступления”, — говорит Джек Гилберт, эколог-микробиолог из Великобритании. И, поскольку микробиом варьирует в зависимости от пола, возраста и образа жизни, данные могут быть использованы для создания портрета подозреваемого.

Эта область находится на этапе становления. Единственное преступление, которое удалось раскрыть с его помощью, произошло на популярном ТВ-шоу CSI: Miami. Некоторые ученые сомневаются, что микробные “автографы” достаточно индивидуальны для того, чтобы быть использованными в качестве доказательств в суде. “Я думаю, мы очень далеки от использования микробиома в судебно-медицинской экспертизе. Если он когда-либо будет использоваться.”, — говорит микробиолог Жак Равель из университета Мэрилэнда в Балтиморе. Другие смотрят на это оптимистичнее. “У нас имеется достаточно данных, позволяющих предположить, что это стоит хорошо исследовать”, — говорит Дэвид Рельман, который занимается исследованиями микробиомов человека и животных в Стендфордском университете в Пало Алто, штат Калифорния.

Прикасаясь к телефону или просто прогуливаясь по комнате, мы способствуем распространению тысяч микробных частиц, иногда среди них оказывается Staphylococcus aureus (вкладка). Источник: журнал Science.

Прикасаясь к телефону или просто прогуливаясь по комнате, мы способствуем распространению тысяч микробных частиц, иногда среди них оказывается Staphylococcus aureus. Источник: журнал Science.

Надежды на то, что микробиом сможет помочь в раскрытии преступлений, основаны на исследовании, опубликованном в 2010 году в Proceedings of the National Academy of Sciences. Оно показало, что бактериальная ДНК, выделенная с поверхностей компьютерных клавиатур, соответствовала микробиомам, обнаруженным на подушечках пальцев их владельцев. Авторы также отбирали образцы бактерий с поверхности девяти компьютерных мышек и использовали результаты, чтобы отыскать владельцев в базе данных из 270 микробиомов. “Это была первая статья, продемонстрировавшая, что люди оставляют уникальную и доступную для идентификации подпись”, — говорит Гилберт.

Дополняет заинтересованность судебно-медицинской экспертизы микробиомом тот факт, что люди постоянно и бессистемно выделяют бактерии. “Вы рассеиваете их с вашего лица, выплевываете изо рта, выдыхаете через нос”, — говорит Гилберт. Перчатки и одежда не могут помешать их распространению. “Материал, из которого пошиты ваши брюки или нижнее бельё, как просторная рыбацкая сеть для бактерий. Как только вы садитесь, ваша промежностная или вагинальная микробиота выталкивается на эту поверхность, и она в самом деле достаточно стойко сохраняется до тех пор, пока не садится следующий человек”, — говорит Гилберт. В статье 2015 года учёные в воздухе стерильной комнаты измеряли количество бактерий, окружающих добровольцев, и были в состоянии идентифицировать некоторых субъектов по их микробному “облаку”.

В конечном счёте исследовали взяли образцы микробиомов у тысяч людей, в основном у волонтёров из Европы и США, и обнаружили, что относительная распространённость микробных видов является довольно индивидуальной. Даже у однояйцевых близнецов они могут быть различны. Одной из причин высокой индивидуальности нашего микробиома является то, что частично он определяется геномом и иммунной системой. Случайность тоже играет роль. “Кажется, что в течение первых трех или четырех лет жизни, люди, из всего природного многообразия, с которым они контактируют, приобретают уникальный набор бактерий. Этот микс остается достаточно стабильным на всю жизнь”, — говорит Пир Борк, специалист по вычислительной биологии Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, Германии.

До сих пор, не без веских оснований для сомнений, вопрос состоит в том, могут ли эти отпечатки быть использованы для идентификации личности также, как человеческая ДНК. Борк считает, что это возможно, но не с одной лишь техникой 16s рДНК, поскольку она в основном определяет различия между бактериями. Он считает, что взамен этому исследователи должны полностью секвенировать все пробы ДНК, полученные с места происшествия и микробиомов подозреваемых, что позволит обнаружить даже небольшие различия между штаммами одного и того же вида. “У вас, как и у меня имеется E. coli, но штаммы могут несколько отличаться”, — говорит Борк. “В нашем микробиоме содержится около тысячи различных видов. Если мы разглядим различия в каждом из них, мы вполне сможем различить 8 миллиардов человек”. На данный момент, используя эту стратегию, группа Борка изучила около 3500 индивидов. Все они были уникальны. Но этот подход является дорогостоящим, поскольку влечет за собой масштабное секвенирование.

Другая проблема состоит в том, что со временем изменяются как отдельные бактерии, так и состав микробных сообществ. “Автограф” убийцы, оставленный десять лет назад на месте преступления, не может точно соответствовать его нынешнему микробному “облаку”. Переезд в другую страну также, как и антибиотики, может в корне изменить микробиом. Опытные преступники могут принять несколько таблеток прежде, чем нанесут удар. “Как преступники, которые пытались сжечь отпечатки своих пальцев с помощью кислоты или других неприглядных методик”, — говорит Роб Найт, один из лидеров новой области, из Калифорнийского университета в Сан Диего.

“Материал, из которого пошиты ваши брюки или нижнее белье, как просторная рыбацкая сеть для бактерий”. Джек Гилберт, Чикагский университет.

Для того, чтобы содействовать раскрытию  преступления. судебно-медицинские эксперты нуждаются в эквиваленте библиотеки отпечатков пальцев — базе данных профилей известных микробиомов, которые будет возможно сравнить с доказательствами с места преступления. “Нам необходимо 8 миллиардов образцов стула или кожи”, говорит Борк. “Я не уверен, что это практично”. Но Гилберту это не кажется большой проблемой. Он говорит, что такие базы данных могут быть построены тем же путем, что и базы отпечатков пальцев — постепенно, начиная с осужденных преступников.

Даже если микробиологи не смогут точно определить одного конкретного преступника, микробиом, оставленный на месте происшествия может содержать важные улики. Является ли нарушитель мужчиной или женщиной? Курит ли он? Где она живет? “В отличие от волокон или фрагментов волос, микробиом содержит очень много информации”, — говорит Гилберт. Например, небольшое исследование, которое он выполнил в Шанхае, Китае, помогло обнаружить крупные различия между микробиомом поверхности кожи у людей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах.

Гилберт сравнил “автографы” двух нарушителей, участвовавших в подставном взломе, с составленной им базой данных, включающей несколько тысяч людей. На основании относительного содержания отдельных таксономических групп, он предположил, что один из грабителей употребляет алкоголь как минимум 10 раз в неделю, а другой принимает лекарства от мигрени. Он был прав в обоих пунктах. “Когда я услышал это, я был в шоке”, — говорит Георг Дункан, ДНК-эксперт в офисе шерифа округа Броуард, который и организовал кражу со взломом. Выводы такого рода могут быть очень ценны для полиции.

Однако, Борк отмечает: “В настоящий момент многие из этих ассоциаций очень сомнительны”. К примеру, в двух группах было отмечено, что микробиомы пациентов больных сахарным диабетом можно отличить от тех, кто не имеет его. Но внимательный анализ группы Борка, опубликованный в декабре 2015 года в журнале Nature, показал, что находки ученых были “автографом” не этой болезни, а общего для диабетиков препарата “Метформин”.

Гилберт пытается усовершенствовать свою базу данных, привлекая в Чикаго и Флориде таких людей, как пекари, фермеры, вегетарианцы и веганы, работа или образ жизни которых накладывают значительный отпечаток на микробиом. Для того, чтобы в дальнейшем содействовать развитию этой области, Ронда Роби из инстутута Крэйга Вентера в Роквилле, штата Мэрилэнд, получила грант на сумму более $900,000 от Национального института Юстиции на создание базы данных микробиомов, содержащей тысячи или даже десятки тысяч образцов для сообщества судебно-медицинских экспертов.

“Одно можно сказать наверняка”, — говорит Равель, — “Ученые должны будут действовать осторожно”. “Ненадежная наука в прошлом сажала неугодных людей в тюрьму. Последнее, что должны сделать микробиологи, это добавить еще одну ненадежную технику в судебно-медицинский арсенал”, говорит он. “Едва ли вы хотите выдвинуть обвинения и испортить жизнь множеству людей только потому, что они имеют микробиом, схожий с найденным на месте преступления”.

Оригинал

Перевод: Елена Лисицына

Редакция: Бровламих Мантис, Ян Тихих, Михаил Гусев, Юля Белова

About The Author
editor