Onderzoekers van de UC San Diego School of Medicine en Center for Microbiome Innovation hebben voor het eerst technologieën gecombineerd die de aanwezigheid van microben en chemicaliën detecteren om te identificeren "wie wat heeft aangeraakt" in een door de mens gemaakte ruimte.

De nieuwe methode vult een leemte in de huidige forensische technologieën, en kan verschillende toepassingen hebben, inclusief strafrechtelijke profilering en milieublootstellingsonderzoeken. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Cliff Kapono, beroemd om het Surfer Biome Project en het bezoeken van oceanen over de hele wereld op een surfplank gemaakt van algen, bestudeert mens-omgeving interacties in het lab van UC San Diego School of Medicine en Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences professor Pieter Dorrestein. Het laboratorium van Dorrestein heeft onderzoeken uitgevoerd naar wat kleine moleculen die op oppervlakken zijn achtergebleven onthullen over iemands persoonlijke levensstijl in het verleden, waaronder een onderzoek waarin naar moleculen op telefoonschermen werd gekeken, en een die gemorste koffie in een kantoor opspoorde door sporen van cafeïne te detecteren.

Het team bezocht opnieuw het kantoor voor dit onderzoek, maar deze keer ze gingen nog een stap verder:de onderzoekers keken of ze de personen die in de ruimte woonden en welke items ze op kantoor aanraakten, konden identificeren door de microben en chemicaliën op hun lichaam te identificeren.

"We ontdekten dat we moleculen kunnen detecteren die verband houden met het dieet en het gedrag van een individu, waaronder persoonlijke hygiëne, medicatie en levensstijl, " zei Kapono, wie is de eerste auteur op het papier. "We hebben ook aangetoond dat het microbioom en het metaboloom van een individu uniek zijn, En daarom, we kunnen volgen wie wat in de kamer heeft aangeraakt."

De kantooromgeving omvatte een bureau, boekenplank, conferentie tafel, vier stoelen, afval- en recyclingbakken, de met tapijt bedekte vloer, telefoons, computers en computeraccessoires en muren. Het team heeft bijna 400 locaties in het kantoor doorzocht, en nam ook monsters van vier vrijwilligers die de ruimte bezochten.

"De hoofdbewoner van het kantoor was Vrijwilliger 3, " zei Kapono. "Vrijwilliger 1 was in de twee jaar voorafgaand aan de bemonstering slechts twee keer op kantoor geweest, en vrijwilligers 2 en 4 bezochten het kantoor 2-4 keer per maand gedurende korte perioden tijdens elk bezoek."

Het team vond DEET-insectenwerend middel en zeebacteriën op vrijwilliger 3, wat suggereerde dat deze persoon een buitenmens was. Er is een veelvoorkomend bestrijdingsmiddel gevonden op de computer, handen, en telefoon van vrijwilliger 2.

Met behulp van statistische analyse, de onderzoekers bepaalden de uniciteit van elk individu in termen van hun microbiota en chemicaliën die op hun huid aanwezig zijn, en gebruikte een bioinformatica-tool om bij te houden wie wat aanraakte.

De combinatie van technologieën die worden gebruikt om de aanwezigheid van microben en kleine moleculen te detecteren om de vrijwilligers te identificeren en te bepalen wie wat heeft aangeraakt, benadrukt het innovatieve karakter van microbioomonderzoek op de campus. Het UC San Diego Center for Microbiome Innovation, onder leiding van de wereldberoemde microbioomonderzoeker en hoogleraar kindergeneeskunde en informatica en techniek Rob Knight, werd in 2016 opgericht als onderdeel van het initiatief voor agile onderzoekscentra van UC San Diego Jacobs School of Engineering Dean Albert P. Pisano. Fondsen voor de oprichting van het centrum kwamen gedeeltelijk van UC San Diego Chancellor Pradeep K. Khosla's Microbiome and Microbial Sciences Initiative.

Sinds de lancering, het centrum heeft meer dan $ 2 miljoen aan externe financiering binnengehaald en is uitgegroeid tot 120+ interdisciplinaire faculteitsleden met expertise variërend van geneeskunde tot big data-analyse. Recente berichtgeving in de media heeft er een aantal onder de aandacht gebracht:bijvoorbeeld Het team van Richard Gallo identificeerde onlangs een stam van Staphylococcus epidermidis, vaak voor op een gezonde menselijke huid, dat een selectief vermogen uitoefent om de groei van sommige kankers te remmen. In aanvulling, enkele van 's werelds grootste burgerwetenschappelijke projecten en gezamenlijke wetenschappelijke studies - waaronder het American Gut Project en het Earth Microbiome Project - worden uitgevoerd vanuit het Knight-lab.

Samen met de industrie, Centrumleden versnellen het microbioomonderzoek door de ontwikkeling van nieuwe hulpmiddelen, zoals de 3D-datavisualisatietool die in dit onderzoek is gebruikt.

"Ili"

"Voordat we de monsters analyseerden, we hebben een 3D-model van de kamer gemaakt met behulp van een 3D-scanner op een iPad, "Zei Kapono. "Vervolgens gebruikten we een open-sourcetool die we ontwikkelden, genaamd 'ili', om de gegevens op het model in kaart te brengen. Iedereen kan dit - daar gaat het om. Vaak, we kijken alleen naar grafieken. We wilden mensen in staat stellen om gegevens - maakt niet uit wat voor soort - in 3D te visualiseren."

"Er zijn veel manieren waarop onderzoekers de vraag proberen te beantwoorden, 'Wie was waar?' - onder meer door middel van DNA-analyse, vingerafdrukken, en door met getuigen te praten, " zei Kapono. Door de detectie van microbiële en chemische handtekeningen te combineren, we hebben een andere methode ontwikkeld die sporen van moleculen kan detecteren - niet alle forensische hulpmiddelen kunnen dat. Het gaat echt om checks and balances."

Maar, dit is niet alleen bedoeld om mensen in de gevangenis te zetten, zei Kapono. "We hebben op kantoor bodem- en oceaanbacteriën kunnen detecteren. Dit benadrukt het feit dat we de natuur mee naar huis nemen of naar de plaatsen waar we werken. Om die reden, deze technologie zal zeer interessant zijn voor instellingen en individuen wiens hele dag in het teken staat van een gebouwde omgeving. We wisselen onbedoeld moleculaire handtekeningen uit met iedereen om ons heen en de ruimtes die we innemen. Als bedrijven moleculen of bacteriën kunnen koppelen aan een veiliger, betere werkomgeving, dan kunnen ze misschien de nodige veranderingen doorvoeren om hun personeelsbestand te verbeteren."

Deze gegevens ondersteunen ook Kapono's Surfer Biome Project, die probeert te onderzoeken hoe mensen op moleculair niveau omgaan met de natuurlijke wereld. Het Surfer Biome Project zal naar verwachting in de zomer van 2018 worden gepubliceerd.