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利用口腔細菌變化來估計死亡時間

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動物的口腔(oral cavity)是我們用來進食的構造,每天從這裡進入的食物五花八門;也因此,住在口腔裡的細菌也非常多元。根據近年的研究,口腔微生物體(oral microbiota)是人體第二大微生物群落,占全身所有微生物的 26%;第一大是腸道(29%)、第三為皮膚(21%)、第四是呼吸道(14%)、第五是泌尿生殖道(9%)。另有大約1%的微生物在血液中。

所有這些微生物的數目總和,大約跟一個 70 公斤的人的細胞數目相當。也就是說,人的一半其實是細菌!目前最炙手可熱的領域是腸道菌,腸道菌被發現可以影響我們的生理、心理,甚至生物時鐘都受被它們左右!

在生物菌相的研究中,有一個領域在近幾年異軍突起,雖然與我們的生理、心理無關,但對於法醫學可說是相當重要,就是「死體微生物體」(thanatomicrobiome,thanat(o)-為「死」的意思)的研究。

死體微生物體顧名思義,就是研究屍體上微生物群落變化的一門科學。過去已有對死亡動物的微生物體變化、死亡人類的微生物體的變化進行研究;這次田納西州立大學與西班牙的科學家合作,針對死亡人類的口腔菌叢變化進行研究。

前年田納西州立大學發表的研究發現,不論男女老少,死亡後菌叢的變化大致上都差不多;雖然這或許可以用在法醫學上估計死亡時間,但畢竟大體周圍還有土壤,腐化過程中周圍土壤的細菌當然也會加入這個人體有機物質饗宴中,要用來估計死亡時間會比較困難。

因此,這此研究團隊選擇了研究口腔菌叢在死後的變化。除了口腔菌叢是我們身體的第二大菌叢外,口腔中大約住著一千種細菌(對!你沒看錯!),所以看這一千種細菌隨死亡消長,的確是很好的指標。

於是研究團隊便開始收集口腔菌叢的資料。這次有三個捐贈者,一位是 80 歲的男性,前牙上排有固定假牙;第二位是 81 歲的女性,有缺牙;最後一位是 27 歲女性,牙齒沒有任何問題。三位都是白人,死亡的原因都與感染無關。

研究團隊每天用棉棒取樣,直到肉體完全化盡、餘下骨頭為止。所取得的樣品萃取出 DNA 後,定序並分析其 16S rRNA 序列。

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依據 Payne 氏的分類,人死亡後可分為五個時期:新鮮期(fresh)、發脹期(bloat)、活躍腐爛期(active decay)、進階腐爛期(advanced decay)、腐爛殘留期(putrid dry remains)

這五個時期口腔菌叢的變化,總體來看是這樣的:

  • 未死以及死亡 1-5 天(新鮮期):口腔中主要為厚壁菌門(Firmicutes)與放線菌(Actinobacteria),但隨著死亡的發生,它們的數目逐步下降。
  • 死亡 6-12 天:厚壁菌門再度增加,但此時的族群與新鮮期時的族群不同。新鮮期時可看到的乳酸桿菌(Lactobacillaceae)與葡萄球菌(Staphylococcaceae),此時被梭菌(Clostridiales)與芽孢桿菌(Bacillaceae)取代。這個階段橫跨了發脹期、活躍腐爛期、進階腐爛期,發脹期可見的細菌包括Peptostreptococcaceae(梭狀芽孢桿菌的一種)、擬桿菌(Bacteroidaceae)以及 Enterococcaceae;隨著腐敗程度加深、氧氣愈來愈不足,梭菌在後期愈來愈多。到了進階腐爛期,口腔菌叢主要的族群以 Gammaproteobacteria、假單胞菌(Pseudomonadaceae)、Alcaligenaceae 以及 Planococcaceae 為主;而腐爛殘留期則只剩下桿菌(Bacilli)與梭狀芽胞桿菌(Clostridia)了。

研究團隊將得到的16S rRNA 與人類口腔微生物體資料庫(Human Oral Microbiome Database)比對時發現,只有新鮮期的序列可以準確地比對到「種」的階段,其他各時期都只能得到科、屬階段的資訊而已,顯示口腔裡面細菌成員的複雜度,超越了我們的想像。

另外,在死亡五天到七天時,Tenericutes 會短暫的出現。Tenericutes 也是腸道菌叢之一,不具有細胞壁,通常寄生於真核寄主內;或許隨著腐爛的發生,在這段時間遺體的環境正好適合它們的生長。研究團隊發現,Tenericutes 一定伴隨著發脹期在口腔中出現,不論遺體在目測時是否有發脹的現象;也就是說,如果遺體的口腔有它的出現,可以大膽推測這個人大概死亡不會超過一週。

由於口腔內部與遺體表面的環境不同,在活躍腐爛期因為氧氣不足,可看到能進行發酵作用的細菌(變形菌門 Proteobacteria Tenericutes)暫時取代了其他的細菌;但隨著遺體組織被分解而減少,氧氣的補給又慢慢回復之後,細菌的種類又出現此消彼長的現象。但不論遺體是男、女、老、少、假牙有無、牙齒多少,在生命終結後,口腔菌叢的變化大致上隨著遺體分解而「照表操課」。未來應可隨著樣本逐漸增多,進行更細緻的排序後,提供給法醫作為死亡時間鑑定的佐證。

文 / 葉綠舒

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參考文獻:
J. Adserias-Garriga et. al., 2017. Dynamics of the oral microbiota as a tool to estimate time since death. Molecular Oral Microbiology. DOI: 10.1111/omi.12191

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