В разлагающихся трупах нашли универсальную микробную сеть

Американские исследователи выполнили мультиомный анализ 36 человеческих трупов в трех разных местностях и обнаружили филогенетически очерченную междоменную микробную сеть, которая формируется в процессе разложения и отвечает за него вне зависимости от модулирующих эффектов окружающей среды. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Microbiology.

Разложение представляет собой фундаментальный природный процесс, отвечающий за поддержание жизни на Земле путем утилизации и возвращения в биогеохимический цикл мертвых биологических материалов при участии различных живых организмов. Биодеградация трупов человека представляет особый интерес с точки зрения антропологии, судебной медицины и криминалистики, при этом ее механизмы и влияние на них внешних условий остаются малоизученными. Для исследований в этой области в США с 1980 года создаются специальные судебно-антропологические полигоны, неофициально известные как «фермы тел». На них размещают добровольно завещанные или переданные родственниками трупы, и тщательно документируют происходящие с ними процессы (подробно об этом рассказано в материале «Наука разложения»).

В своей работе Джессика Меткалф (Jessica Metcalf) из Университета штата Колорадо с коллегами из разных научных центров США использовали 36 трупов. Их размещали по три за сезон (зимой, весной, летом и осенью) под открытым небом на трех полигонах (всего по 12 в каждом): Научной станции судебной экспертизы при Университете Колорадо Меса (FIRS), Техасского юго-восточного комплекса прикладных судебных наук при Государственном университете имени Сэма Хьюстона (STAFS) и Комплекса антропологических исследований при Университете Теннесси (ARF). FIRS относится к зоне сухого степного холодного климата (BSk по классификации Кёппена — Гейгера), STAFS и ARF — умеренного без сухого сезона и с жарким летом (Cfa).В STAFS почву перед размещением трупов подвергали минимальной очистке от ветвей и листьев, тела накрывали деревянными каркасами с металлическими сетками 1 × 1 сантиметр для недопуска позвоночных-падальщиков; на других полигонах этого не делали.

В течение первого 21 дня, когда разложение происходит наиболее динамично, исследователи документировали погодные данные, описывали внешнее состояние тел, регистрировали участие насекомых и животных-падальщиков (при наличии) и ежедневно брали мазки с кожи лица и бедер, почвы рядом с ними, куда попадали продукты распада, и почвы с тех же участков в отдалении от трупов. В полученных материалах определяли химический состав метаболитов с помощью жидкостной хроматографии / тандемной масс-спектрометрии, проводили метагеномный анализ и устанавливали филогенетические связи по ампликонам 16S и 18S рибосомальной РНК.

Для определения взаимосвязей метаболитов, условий среды и микробных сообществ полученные данные сопоставляли с позиций мультиомики путем объединенного робастного анализа методом главных компонент (joint-RPCA). Оказалось, что состав микробных сообществ и интенсивность разложения метаболитов подчиняются стохастическим процессам, но при этом важную модулирующую роль играют условия среды и взаимодействия микроорганизмов, в том числе обмен нутриентами между ними.

В ходе анализа изменений метаболитов и видового состава микробиома со временем авторы работы выявили универсальную ключевую микробную сеть из бактерий и грибов, не зависящую от эффектов локации, климата и времени года и отвечающую за 42,8 процента предсказанных обменов метаболитами к поздней стадии разложения. Она демонстрировала исключительное филогенетическое разнообразие, чрезвычайно редкое или вообще не свойственное для микробных сообществ человека или почвы, данные о которых имеются в базах American Gut Project (AGP) и Earth Microbiome Project (EMP). Центральную роль в этой сети играла недавно обнаруженная бактерия Oblitimonas alkaliphila, об экологии которой известно мало. Среди метаболитов универсальные функции имели транспортные системы аргинина и орнитина, а также продукт декарбоксилирования этих аминокислот путресцин, который служил междоменной сигнальной молекулой.

Также исследователи показали, что время, прошедшее с момента наступления смерти, можно достаточно точно предсказать по микробиом-нормализованному содержанию микроорганизмов в образцах с помощью алгоритмов машинного обучения методом случайного леса. Созданные ими модели выдавали надежные результаты во всех локациях на разных стадиях разложения.

Таким образом, пошаговые микробные взаимодействия в ходе разложения человеческих трупов имеют четкие закономерности, не зависящие от факторов окружающей среды, и их можно использовать в создании инструментов для криминалистических и судебно-медицинских исследований, заключают авторы работы.

Ранее австралийские исследователи показали, что трупы способны самопроизвольно двигаться, и это необходимо учитывать при судебно-медицинской экспертизе. Их британские коллеги проследили за изменениями белкового состава костей при нахождении тела в воде и предложили использовать это в судебно-медицинской практике.