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人体微生物身份识别新指纹【通讯新闻】

发布时间:2019-08-13 11:39:33 阅读: 来源:循环泵厂家

你相信吗,我们每时每刻都生活在微生物的“海洋”中。已有科学研究证明,在人类身体中,包含了数目约为人类细胞10倍之多的微生物细胞。无论你是洁癖者还是邋遢大王,数量众多的微生物和细菌始终相伴一生。假如它们具有明显的差异性,是否就能像指纹或眼睛虹膜一样,成为鉴定个体身份的新标准?近日,美国哈佛大学公共卫生学院在《国家科学院院刊》刊文指出,人体微生物中存储着每个人独一无二的遗传信息,因此,我们有望利用“微生物居民”的独特性进行身份识别,这对法医鉴定遗传学来说无疑是一个巨大的突破。

文/广州日报记者 郭原毓

图/gettyimages

每个人身上的“微生物”都是独一无二的

人体内部与体表生活着多种微生物菌群,它们不仅如影随形地伴随着我们的生活,存在感还不低,除了影响免疫功能和健康状态外,这些微生物菌群甚至具备不同的个人特征。发表在美国《国家科学院院刊》上的最新研究表明,我们每个人身上的“微生物居民”独一无二,因此可以利用它们进行身份识别。

负责该项研究的哈佛大学公共卫生学院研究员埃里克·弗兰佐萨说:“把人类DNA样本与DNA数据库进行关联识别,是法医鉴定遗传学的基础。而如今实验表明,无需人类DNA,只利用人体微生物的DNA序列也有可能形成同样的关联。”

弗兰佐萨等人开发出一种电脑算法,为美国“人类微生物组计划”招募的120人建立粪便、唾液和皮肤等样本的微生物个人识别码,并将其与另外一组志愿者的样本进行比较。结果发现,每个人都拥有独特的微生物“指纹”,而且大部分人的微生物“指纹”在为期一年的调查期间保持稳定。其中粪便样本的微生物“指纹”(即肠道微生物)尤其可靠,即便时间过去一年,仍能正确识别约80%的志愿者,而皮肤样本(即表皮微生物)则不太可靠,时隔一年后只能正确识别约三分之一人的身份。

事实上,对人类微生物的个体差异研究早在之前就已开始,美国芝加哥大学的杰克·吉尔伯特教授曾做过一个“家庭微生物群落”的实验,研究人员调查了七个家庭的微生物特征,通过扩增和基因测试,总共分离出了超过两万种微生物物种,每个家庭的微生物物种都不尽相同。也就是说,不同的家庭可以用各自不同的微生物“签名”来互相识别区分。即使是刚搬家的家庭,这些微生物“签名”也能迅速转移到新的生活空间里,而且铺天盖地地取代房间原有的微生物种类——实验表明,这些人体寄生者只需3小时就可以覆盖到每个房间,24小时后就能完全取代之前房间内的微生物。

表皮微生物干扰因素多 肠道微生物较稳定可行

人类微生物果真活跃又特别吗?记者采访了免疫学和法医鉴定专家,逐层揭开人类微生物的神秘面纱。

中山大学医学院周兴旺教授近年来对病原——人体相互作用介导的免疫功能有深入研究,他告诉记者,人类微生物最直接影响的是人体健康和身体各项指标的动态平衡,其次才是可能作为身份鉴别的标准。“人体约有2.2万个基因,而寄存在健康人体的微生物细菌人均有1万多种,它们让人体所带基因总数增加到了800多万个。微生物菌群寄生在人体皮肤表层、口腔、鼻腔、肠道甚至女性阴道中,对健康状态产生极大的影响。”

近年来,通过分析人类微生物的基因组、转录组、蛋白质组和代谢组,人们开始认识到微生物在维持人体健康中起到的关键作用。比如,组成复杂的肠道菌群能够帮助人体抵御疾病、为人体提供营养,甚至在出生之前就开始影响人体的发育。有益菌还可以通过母亲世世代代传递给孩子,成为在基因遗传之外,每个家族可以世代传递的宝贵健康财富。

现有的科学研究证明,人体微生物细菌的数量是人类细胞数量的9倍,也就是说,组成人体的物质中90%都是细菌,只有10%是人本身。因此,一旦滥用抗生素或过分清洁,打破了微生物细菌系统的平衡,人就容易生病。周教授介绍道,几乎每个人身上都带有一些有害细菌和病原体种类,但当人体处于健康状态时,有害细菌、病原体能和各种良性细菌共存且相安无事。

“在整个人类微生物系统中,肠道细菌相对比较稳定,因为在腔道状空间中,空气干扰少,温度和湿度也较适宜,因此无论是健康治疗还是法医鉴定,提取粪便并分析肠道微生物细菌是较为可行的。”周教授说。至于表皮微生物,他认为干扰因素太多,在刑侦上不具备太大的参考价值。

微生物提供鉴定新方向

但多态性差异仍属未知

对人体微生物可以作为身份鉴定标准这一新发现,中山大学医学院法医物证学教研室主任孙宏钰教授觉得是可行的,但仍需要大量实验证明,同时建立完善微生物DNA数据库进行比对。

孙教授告诉记者,美国“9·11”事件后发生的炭疽邮件事件使得微生物法医学的学科应运而生,主要是针对生物恐怖袭击与生物犯罪,通过判断微生物类型,推测特定微生物来源、亲缘关系或传播途径,为追踪犯罪实施者提供科学依据。因此以往的微生物法医学主要针对病原微生物和生物恐怖袭击事件。而最近的这个研究,覆盖了人体表和体内采集的所有类型微生物,根据微生物的差异性和独特性进行人体身份识别,为法医学鉴定提供了新的鉴定思路。

“因为每个人的食物结构、生活环境都不同,因此我相信个体微生物细菌的种类、数量肯定是有差异的,它们可能会构成丰富的多态性。从检测技术上来说,如果不考虑成本,目前也可以做到分析每个人的微生物基因组。然而,法医学是一门高度严谨的学科,如果要在法医学上实践中应用,对人体微生物样本的高度稳定性和细微差异性都是有要求的。”孙教授说,打个比方,体表微生物容易受到干扰,一阵风吹过或洗个澡,皮肤上采集到的样本可能跟十分钟前就有差别;体内微生物虽然比较稳定,但如果受到冲击性的改变,比如突然改吃素,或搬到空气质量相差很多的地方居住,一段时间后体内微生物的构成肯定也会随之发生变化。

据孙教授介绍,法医学在选择身份鉴定标记的时候,要考虑两个原则:终生不变和组织同一性。“目前我们用DNA来鉴定身份,是因为它符合这两个原则:一个人在婴幼儿时期和老年时的DNA都是一样的,而且同一个人的口腔细胞DNA与精液提取到的DNA也是一样的。微生物显然还不符合这两个标准。”孙宏钰教授说,在鉴定身份上,微生物分析确实显现了一定的应用潜力,但每个人的差异性大到何种程度、如何检测并评估各种干扰因素,还需要一系列研究证明,建立法医微生物基础数据库、建立法医微生物检测质量控制标准等工作也必不可少。

目前微生物多用于死因鉴定

既然目前从种类和数量上都无法明确微生物的差异性,那能否从其他途径利用微生物作为身份鉴定的辅助?中山大学法医鉴定中心主任法医师童大跃认为,虽然人体上的微生物菌落不稳定,但它本身的遗传物质DNA是稳定的,可以作为身份鉴定参考。

童法医介绍说,微生物细菌可以分为两种:一种是正常菌,一般不传染,就存活在体内;另一种是致病菌,可通过某种方式传播,像肺结核病菌会通过飞沫传染。“致病菌虽然交叉传播途径广,但在法医鉴定中,提取致病菌是没有意义的,因为在显微镜下看,不同人的细菌都长得差不多。”

对于身份鉴定,童法医认为最主要的还是要分析DNA,“一般刑侦案件中,法医通过提取毛发、血液等来分析人类的遗传物质DNA,从而鉴别当事者身份。当然微生物也有属于自己的DNA序列,但首先微生物细菌群落容易受到干扰和污染,提取不方便;其次微生物DNA数据库还没完全建立起来,比对上存在难度,因此在鉴定身份这一块,人体微生物还甚少发挥作用。”童法医说,目前微生物更多是应用在死因鉴定,分析死亡时间和尸体来源方面。

(责任编辑:HN026)

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