Neue Studie über zersetzende Mikroben könnte dazu beitragen, die forensische Wissenschaft zu verändern

Zum ersten Mal haben Forscher ein scheinbares Netzwerk von etwa 20 Mikroben identifiziert, die universell für die Zersetzung von Tierfleisch verantwortlich sind. Die Ergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft der forensischen Wissenschaft, einschließlich der Möglichkeit, den Ermittlern von Tatorten eine genauere Möglichkeit zur Bestimmung des Todeszeitpunkts einer Leiche zu bieten.

„Es ist wirklich cool, dass es diese Mikroben gibt, die immer auftauchen, um Tierreste zu zersetzen“, sagte Jessica Metcalf, Associate Professor an der Colorado State University, die leitende Autorin der neuen Arbeit veröffentlicht In Naturmikrobiologie. „Hoffentlich erschließen wir damit dieses völlig neue Gebiet der ökologischen Forschung.“

Die Zersetzung toten biologischen Materials ist einer der grundlegendsten Prozesse auf der Erde. Organische Pflanzenabfälle machen den größten Teil der zersetzten Materie aus, ein Prozess, der relativ gut verstanden ist. Über die Ökologie der Zersetzung von Wirbeltieren, einschließlich des Menschen, ist jedoch vergleichsweise wenig bekannt, und ein besseres Verständnis der Zersetzung von Menschen könnte die forensische Wissenschaft voranbringen.

Diese neue Studie, ein mehrjähriges Unterfangen, umfasste die Zerlegung von 36 Leichen in drei verschiedenen forensischen anthropologischen Einrichtungen: der University of Tennessee, Knoxville; Sam Houston State University; und Colorado Mesa University. Die Leichen wurden in verschiedenen Klimazonen und zu allen vier Jahreszeiten zersetzt. Anschließend sammelte das Forschungsteam in den ersten 21 Tagen Haut- und Bodenproben für jeden verwesenden Körper.

Metcalf und ihre Kollegen generierten aus den Proben eine erhebliche Menge an molekularen und genomischen Informationen. Anschließend nutzten sie diese Informationen, um ein Gesamtbild der „mikrobielle Gemeinschaft“ bzw. des Mikrobioms zu erstellen, die an jedem Standort vorhanden ist. „Im Wesentlichen“, sagte Metcalf, „welche Mikroben gibt es, wie sind sie dorthin gelangt, wie verändert sich das im Laufe der Zeit und was machen sie?“

Überraschenderweise, sagte sie, fanden die Forscher unabhängig vom Klima oder der Bodenart auf allen 36 Körpern die gleiche Gruppe von etwa 20 spezialisierten Zersetzungsmikroben. Darüber hinaus kamen diese Mikroben während des 21-tägigen Beobachtungszeitraums zu bestimmten Zeitpunkten wie am Schnürchen an, und Insekten spielten bei ihrer Ankunft eine Schlüsselrolle.

„Wir sehen, dass ähnliche Mikroben zu ähnlichen Zeitpunkten während der Zersetzung eintreffen, unabhängig von der Anzahl der Variablen im Freien, die man sich vorstellen kann“, sagte Metcalf.

Eine Zukunft in der Forensik

Die Identifizierung der konsistenten Zusammensetzung und des zeitlichen Ablaufs des zersetzenden Mikrobioms hat wichtige Auswirkungen auf die forensische Wissenschaft.

Mithilfe maschineller Lerntechniken und Daten aus der neuen Studie sowie früheren Arbeiten haben Metcalf und ihre Mitarbeiter – David Carter, Professor für Forensik an der Chaminade University of Honolulu, und Rob Knight, Direktor des Center for Microbiome Innovation an der University of Kalifornien San Diego – hat ein Tool entwickelt, das die Zeit seit dem Tod eines Körpers, auch bekannt als Postmortem-Intervall, genau vorhersagen kann.

„Wenn es um die Untersuchung von Todesorten geht, gibt es nur sehr wenige physische Beweise, von denen man garantieren kann, dass sie an jedem Tatort vorhanden sind“, sagte Carter. „Man weiß nie, ob es Fingerabdrücke, Blutflecken oder Kameraaufnahmen gibt. Aber die Mikroben werden immer da sein.“

Darüber hinaus können diese Mikroben unter den in der neuen Studie untersuchten Bedingungen besonders nützlich sein, sagte Carter. „Wir reden über Todesszenen im Freien“, sagte er. „Bei solchen Untersuchungen kann es schwierig sein, Informationen zu sammeln.“

Die Direktorin des National Institute of Justice, Nancy La Vigne, hält die Forschung für besonders vielversprechend. „Eine der Hauptfragen jeder Todesermittlung ist: Wann ist diese Person gestorben?“, sagte La Vigne. „Diese fortlaufende Forschungslinie zeigt vielversprechende Ergebnisse für die Vorhersage des Todeszeitpunkts menschlicher Überreste, hilft bei der Identifizierung des Verstorbenen, der Bestimmung potenzieller Verdächtiger und der Bestätigung oder Widerlegung von Alibis.“

Neben der Identifizierung der universellen Zersetzer versuchte das Forschungsteam auch herauszufinden, woher diese mikrobielle Gemeinschaft kam. Insbesondere, so Metcalf, konnten sie die Mikroben nicht in Bodenmikrobiomdatenbanken oder Katalogen menschlicher Haut- und Darmmikrobiome finden. Sie fanden jedoch die universellen Zersetzer bei Insekten. „Es scheint, als würden die Insekten die Mikroben einschleppen“, sagte Metcalf.

Andere Forschungsanwendungen

Diese neuesten Erkenntnisse basieren auf mehr als einem Jahrzehnt Arbeit von Metcalf, Carter und Knight, einschließlich einer frühen Studie, bei der Mäuse auf verschiedenen Böden in einer kontrollierten Laborumgebung zersetzt wurden, sowie einer Folgestudie, bei der vier Kadaver im Sam Houston zersetzt wurden Staatliche Einrichtung. Zach Burcham, ein ehemaliger CSU-Postdoktorand in Metcalfs Labor, half bei der Leitung der neuesten Arbeit.

„Diese Forschung war eine enorme Gemeinschaftsleistung eines vielfältigen Teams hochqualifizierter Wissenschaftler – ein leuchtendes Beispiel dafür, was erreicht werden kann, wenn interdisziplinäre Teams ihre Kräfte bündeln, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen“, sagte Burcham. „Dieser Datensatz ist wirklich einzigartig und hat weitreichende Auswirkungen von der mikrobiellen Ökologie bis zur forensischen Wissenschaft.“

Neben den forensischen Anwendungen sieht Metcalf weitere Möglichkeiten, diese neuen Informationen zu nutzen. „Ich sehe viele potenzielle Anwendungen in der Landwirtschaft und der Lebensmittelindustrie“, sagte Metcalf, der in der Abteilung für Tierwissenschaften der CSU arbeitet.

Metcalf beabsichtigt außerdem, ihre Forschung auf diesem Gebiet zu erweitern und möglicherweise auch die Unterschiede in der mikrobiellen Ökologie kleiner und großer Wirbeltiere zu untersuchen. „Ich habe das Gefühl, dass wir viele neue Wege in der grundlegenden Ökologie und im Nährstoffkreislauf eröffnen“, sagte Metcalf.