Kombination af mikrobielle og kemiske fingeraftryk til retsmedicinske applikationer

Forskere ved UC San Diego School of Medicine og Center for Microbiome Innovation har for første gang kombineret teknologier, der registrerer tilstedeværelsen af ​​mikrober og kemikalier for at identificere "hvem rørte ved hvad" i et menneskeskabt rum.

Den nye metode udfylder et hul i de nuværende retsmedicinske teknologier, og kunne have en række anvendelsesmuligheder, herunder kriminel profilering og miljøeksponeringsundersøgelser. Undersøgelsen blev offentliggjort for nylig i Videnskabelige rapporter .

Cliff Kapono, berømt for Surfer Biome Project og besøge verdenshavene på et surfbræt lavet af alger, studerer menneske-miljø-interaktioner i laboratoriet på UC San Diego School of Medicine og professor Pieter Dorrestein ved Skaggs School of Pharmacy og Pharmaceutical Sciences. Dorrestein-laboratoriet har udført undersøgelser af, hvad små molekyler, der er tilbage på overflader, afslører om ens personlige livsstil i fortiden - inklusive en undersøgelse, der så på molekyler på telefonskærme, og en, der lokaliserede kaffespild på et kontor ved at opdage spormængder af koffein.

Holdet besøgte igen kontoret til denne undersøgelse - men denne gang, de gik et skridt videre:forskerne kiggede efter, om de kunne identificere de personer, der bebor rummet, og hvilke genstande de rørte ved på kontoret ved at identificere de mikrober og kemikalier, der var til stede på deres kroppe.

"Vi fandt ud af, at vi kan detektere molekyler, der relaterer til et individs kost og adfærd, som omfatter personlig hygiejne, medicin og livsstil, " sagde Kapono, hvem er den første forfatter på papiret. "Vi viste også, at et individs mikrobiom og metabolom er unikke, og på grund af det, vi kan spore, hvem der rørte ved hvad i rummet."

Kontormiljøet omfattede et skrivebord, bogreol, mødebord, fire stole, affalds- og genbrugsdåser, det tæppebelagte gulv, telefoner, computere og computertilbehør og vægge. Holdet gennemsøgte næsten 400 steder inde på kontoret, og tog også prøver fra fire frivillige, der frekventerede rummet.

"Hovedbeboeren på kontoret var Volunteer 3, " sagde Kapono. "Frivillig 1 havde kun været på kontoret to gange i de to år forud for prøvetagning, og frivillige 2 og 4 besøgte kontoret 2-4 gange om måneden i korte perioder under hvert besøg."

Holdet fandt DEET insektmiddel og marine bakterier på frivillig 3, hvilket antydede, at denne person var en friluftsmand. Et almindeligt pesticid blev fundet på computeren, hænder, og telefon til frivillig 2.

Ved hjælp af statistisk analyse, forskerne fastslog hver enkelt persons unikke karakter med hensyn til deres mikrobiota og kemikalier til stede på deres hud, og brugte et bioinformatikværktøj til at spore, hvem der rørte ved hvad.

Kombinationen af ​​teknologier, der bruges til at detektere tilstedeværelsen af ​​mikrober og små molekyler for at identificere de frivillige og bestemme, hvem der rørte ved, hvad der fremhæver den innovative natur af mikrobiomforskning på campus. UC San Diego Center for Microbiome Innovation, ledet af den verdenskendte mikrobiomforsker og professor i pædiatri og datalogi og teknik Rob Knight, blev oprettet i 2016 som en del af UC San Diego Jacobs School of Engineering, dekan Albert P. Pisanos initiativ til agile forskningscentre. Midler til etableringen af ​​centret kom delvist fra UC San Diego-kansler Pradeep K. Khosla's Microbiome and Microbial Sciences Initiative.

Siden den blev lanceret, centret har indbragt op mod $2 millioner i ekstern finansiering og vokset til 120+ tværfaglige fakultetsmedlemmer med ekspertise lige fra medicin til big data-analyse. Den seneste mediedækning har fremhævet nogle af dem:f.eks. Richard Gallos team identificerede for nylig en stamme af Staphylococcus epidermidis, almindelig på sund menneskelig hud, der udøver en selektiv evne til at hæmme væksten af ​​nogle kræftformer. Ud over, nogle af verdens største borgervidenskabelige projekter og kollaborative videnskabelige undersøgelser – inklusive American Gut Project og Earth Microbiome Project – køres ud af Knight-laboratoriet.

Sammen med industrien Centermedlemmer accelererer forskning i mikrobiom gennem udvikling af nye værktøjer, såsom 3-D datavisualiseringsværktøjet brugt i denne undersøgelse.

"Ili"

"Før vi analyserede prøverne, vi lavede en 3-D-model af rummet ved hjælp af en 3-D-scanner på en iPad, " sagde Kapono. "Vi brugte derefter et open source-værktøj, vi udviklede kaldet 'ili, til at kortlægge dataene på modellen. Enhver kan gøre dette - det er pointen. Tit, vi ser bare på grafer. Vi ønskede at gøre det muligt for folk at visualisere data – uanset hvilken slags – i 3D."

"Der er mange måder, efterforskere forsøger at besvare spørgsmålet på, 'Hvem var hvor?' – herunder gennem DNA-analyse, fingeraftryk, og ved at tale med vidner, " sagde Kapono. Ved at kombinere påvisningen af ​​mikrobielle og kemiske signaturer, vi har skabt en anden metode, der kan detektere spormængder af molekyler – ikke alle retsmedicinske værktøjer kan gøre det. Det handler i virkeligheden om checks and balances«.

Men, det her er ikke kun beregnet til at sætte folk i fængsel, sagde Kapono. "Vi var i stand til at opdage jord- og havbakterier på kontoret. Det understreger det faktum, at vi tager naturen med os hjem eller til de steder, vi arbejder. Af den grund, denne teknologi vil være meget interessant for institutioner og enkeltpersoner, hvis hele dagen kredser om et bygget miljø. Vi udveksler utilsigtet molekylære signaturer med alle omkring os og de rum, vi optager. Hvis virksomheder kan forbinde molekyler eller bakterier til et sikrere, bedre arbejdsmiljø, så kan de måske implementere de nødvendige ændringer for at forbedre deres arbejdsstyrke."

Disse data understøtter også Kaponos Surfer Biome Project, som ser ud til at udforske, hvordan mennesker interagerer med den naturlige verden på et molekylært niveau. Surfer Biome Project forventes at blive offentliggjort sommeren 2018.