利用人体肠道微生物组数据和随机森林算法推断死亡时间

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准确推断死亡时间(postmortem interval,PMI)是法医病理学中的核心问题,但其也一直是法医学中的一个难点。传统的死亡时间推断方法是通过尸斑、尸僵、尸冷等早期尸体现象,但其受尸体检验者主观经验的影响,不能对其进行定量分析。利用体液化学成分的变化逐渐成为研究热点,但其受腐败破坏的影响,体液样本难以采集。从腐败的本质出发,利用微生物进行死亡时间推断逐渐兴起。以前的研究已经证实,死后微生物具有一定的演替规律,可以用来推断死亡时间,为法医死亡调查提供有价值的信息。尽管先前已经有很多研究利用死后微生物进行死亡时间推断,但大部分研究是采用动物,少数人体研究都是采用皮肤、口腔等部位,很少有研究直接研究人体肠道微生物。而且微生物群落组成及丰度在胃肠道的不同肠段也存在较大差异。本实验将研究人体阑尾和横结肠菌群的组成,探究人体肠道微生物是否存在演替规律。目的:研究阑尾和横结肠菌群组成是否存在差异及阑尾菌群是否存在演替规律。方法:通过采取死后人体阑尾及横结肠菌群样本,提取其肠道内容物,然后进行DNA提取、PCR扩增、16s r DNA扩增子测序。再经过去除低质量数据后,与Silva 16S r RNA基因数据库比对,进行物种注释。最后,进行各种分析以研究阑尾和结肠菌群的组成差异及阑尾是否存在演替规律。结果:我们了解了尸体中阑尾和横结肠微生物组成和丰度,即阑尾和横结肠的菌群组成存在差异,且阑尾微生物比横结肠微生物种类多,多样性高。阑尾可能是一个良好的肠道采样位点,并且在人体死亡后分解的过程中,阑尾菌群具有可推断的演替规律。随着死亡时间的推移,厚壁菌门及其亚类的相对丰度逐渐增加,拟杆菌门及其亚类的相对丰度逐渐减少,这些在估算死亡时间时可能提供关键信息。我们通过随机森林分类模型,将人体阑尾菌群丰度与死亡时间相关联,并确定了一些与死亡时间密切相关的物种。为了准确评估阑尾菌群推断PMI效果,我们建立了随机森林回归模型,发现阑尾菌群在192h的分解过程中其平均绝对误差为25.79±0.43h。结论:人体阑尾和横结肠菌群组成存在一些差异,使用人体阑尾微生物的演替可能是法医学中估算死亡时间的潜在方法。
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