坏死生物组学:基因组学在法医学上的应用

李升伟



图注：通过生物技术（组学）实验来探寻微生物法医学的敏感性和可靠性。

对栖息于腐烂中尸体的细菌会聚体的下一代测序改善了对死亡时间的估算。对于许多法医学专家来说，对新发现尸体死亡时间的确定是一种挑战。温度、湿度和降雨量都会影响尸体分解的速度，从而影响到对死后间隔的估算。根据死亡时间可以推断尸体转化成为一种活跃的生态系统的不同过程中的生命形式，大多为昆虫和真菌。现在，有了下一代测序技术后，科学家们正在希望通过更加精细地确定死亡后间隔来对尸体进行坏死生物组学分析。大约在13世纪，中国法医学家宋慈就利用昆虫学知识，具体来说是丽蝇的生命周期和行为方面的时间来鉴定和跟踪分析杀人凶手的有关线索。但是，只有到了近30年来，昆虫学才开始系统地应用于法医学领域。从腐烂尸体上或内部取出一些昆虫来分析其发育阶段可以帮助推算出死亡时间，并且可以指示出尸体是否被移动？如果被移动，是从哪里移动过来的？但是，如果尸体被埋葬或用塑料包裹，则不可能取得这些昆虫和它们的幼虫。美国德州东南应用法医科学研究所的布切利（Bucheli）在美国四大公墓之一的德州公墓对自然条件下50多具尸体上和内部的节肢动物寄居和传播情况进行了研究。为了得到对死亡后间隔的更加可靠估算，布切利选择了那些参与尸体分解过程的主要驱动物细菌种类进行研究，这是因为，昆虫可能离开尸体，而细菌却是一般不会离开尸体。为了对尸体取样进行坏死生物组学分析，布切利和她的同事们在公墓内一片松树和致密灌木丛中埋下了两具尸体，时间分别为2011年9月和11月。在尸体腐烂变质的一个视觉可观察阶段：尸体肿胀阶段，数十亿的腐殖微生物呼吸作用放出了大量恶臭气体、各种液体从各种孔窍中流出，在这个过程之前、之中和之后，研究生们用拭子从尸体口腔和直肠中取出微生物样本进行分析。在尸体肿胀阶段后期，可以解剖尸体来从内部腔室和器官中取出样品。另外，在对照性实验室条件下，研究人员们可以利用细胞培养技术从尸体皮肤中取出细菌菌株进行鉴定。但是，这些研究中得到的微生物群体低于真实值，因为大约有99%的死尸繁殖细菌非常不容易在实验室条件下得到生长。在这方面，最新的组学方法，包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录本组学等将给法医科学带来新的战略。有些科学家应用深度测序技术对死尸样品的16S rRNA基因进行了分析，这是一种细菌内有但真核细胞内没有的基因，该基因序列的大部分区域在细菌界内是保守的，但是它还包含了许多独特序列区域，起到了微生物指纹的作用。这种下一代测序技术使得科学家们不仅更好地理解什么物种会大量滋生，而且还会更详尽地鉴定出低丰度微生物，它们在其它取样技术中是会漏失的。这些用16S rRNA测序技术鉴定出来的微生物与那些在旧有的细胞培养技术研究中发现的微生物种类惊人地雷同，还鉴定出了许多新的株系。最引人注目的发现是死尸从肿胀前期到肿胀后期期间，高丰度细菌种类从需氧菌转变为厌氧菌，表明组织逐渐丧失它们的含氧血。科学家们还发现不同死尸体内的坏死生物组有显著的差异，这与不同个体内的坏死生物组间的差异一模一样。总之，研究发现，微生物丰富性沿着胃肠道下行呈增加趋势，肠道内多样性显著性地强于口腔内多样性。在这些分析结果中难以理解的事实是，同一机体的不同部位在任何时间内，都处于不同的腐烂变质期相。

作者点评：

    除了微生物法医学的新掘进外，法医昆虫学数据也为法医学这门前沿性学科提供了有益的研究工具。另外，微生物法医学、昆虫法医学的重要应用还在于对蘑菇类食品的有毒性或无毒性进行新的研究，对食品卫生检验检疫学及其管理应用是一种重要的新促进。

关键词：

Necrobiomics，microbiome, microbiology, forensics，food science。