Projekt MIKROBIOM, którego celem jest opracowanie narzędzi umożliwiających wykorzystanie analizy mikrobiomu środowiskowego w celach kryminalistycznych, wkracza w ostatnie etapy realizacji. Częściowe wyniki projektu zaprezentowane zostaną podczas 29. kongresu International Society for Forensic Genetics, który odbędzie się już w przyszłym tygodniu w Waszyngtonie, USA.

Powszechnie wiadomo, że wszechobecność oraz możliwość łatwego przenoszenia na butach, odzieży, narzędziach czy pojazdach sprawia, że gleba jest szczególnie cennym materiałem dowodowym, który pozwala łączyć podejrzanego lub przedmiot z określonym miejscem. Często zdarza się jednak, że informacje uzyskane dzięki obecnie stosowanym w kryminalistyce analizom opartym o właściwości fizyko-chemiczne gleby nie wystarczają do weryfikacji sprawdzanych w toku śledztw hipotez, dlatego celem projektu MIKROBIOM jest stworzenie nowego narzędzia do porównywania próbek gleby, które jednocześnie umożliwi ich powiązanie z określoną lokalizacją. Dzięki dostarczeniu dowodów potwierdzających obecność podejrzanych osób w określonych miejscach lub ustaleniu dróg przemieszczania się przestępców, opracowany system może kierunkować, a tym samym przyspieszać prowadzenie śledztwa.

Po przeanalizowaniu danych uzyskanych z głębokiego sekwencjonowania DNA mikrobów wyizolowanych z 960 próbek gleby zbieranych w wytypowanych na postawie danych klimatycznych i meteorologicznych pochodzących z ostatnich 20-stu lat miejscach Polski został opracowany zestaw markerów metagenomicznych pozwalający na skuteczną identyfikację próbek gleby. Otrzymane dla każdej próbki gleby zestawy sekwencji zostały umieszczone w bazie danych tworzących pierwszą mapę DNA mikrobiomu środowiskowego Polski. Powstający system zostanie wyposażony w narzędzia do efektywnego przeszukiwania zasobów bazy i interpretacji wyników analiz. W rezultacie wynik testu genetycznego uzyskany dla próbki gleby o nieznanym pochodzeniu, w postaci profilu DNA mikrobiomu, będzie porównany z bazą, a badana próbka zostanie przypisana do najbardziej prawdopodobnej lokalizacji na mapie Polski.

Prof. Wojciech Branicki, kierownik projektu z ramienia Małopolskiego Centrum Biotechnologii (MCB) UJ  i dr hab. inż. Paweł Łabaj koordynują kluczowe prace projektowe takie jak 1) stworzenie i przetestowanie bazy danych zawierającej geograficznie-specyficzny skład taksonów mikrobiomu, 2) wykonanie  analizy  bioinformatyczno-statystycznej  danych  WGS  (Whole  Genome  Sequencing)  prowadzącej  do wyselekcjonowania markerów do jakościowej i ilościowej identyfikacji mikroorganizmów, 3) opracowanie i  walidacja testu genetycznego.

Projekt realizowany jest ścisłej współpracy z Liderem, jakim jest Centralne Laboratorium Kryminalistyczne Policji w Warszawie. W skład konsorcjum oprócz  lidera i MCB UJ, wchodzi także Pomorski Uniwersytet Medyczny, Warszawski Uniwersytet Medyczny oraz firma Ardigen.

Częściowe wyniki projektu zaprezentowane zostaną podczas 29. kongresu International Society for Forensic Genetics odbywającego się w dniach 29 sierpnia – 2 września 2022 roku w Waszyngtonie, DC poświęconego zagadnieniom kryminalistycznym.

• mgr Michał Kowalski - prezentacja “K-mer-Based Approach for Forensic Applications of Microbiomics: Predicting the Origin of the Sample”
• mgr Kamila Marszałek - poster naukowy „Search for an optimal targeted high-throughput sequencing technology in soil microbiome analysis for forensic applications”
• mgr Kinga Herda - poster naukowy „PCR-based or hybridization capture-based target enrichment provide more sensitive solution for soil microbiome analysis in forensics?”

Dotychczas wyniki prezentowano również:

• na dedykowanej kryminalistyce konferencji NextLAB 2021: 
  • mgr Michał Kowalski - prezentacja “Unveiling the full forensic potential of environmental metagenomes with k- mer based approach”
  • mgr Kamila Marszałek - prezentacja “Evaluation of the long read sequencing with ONT’s Flongle Flow Cells for the soil microbiome analysis in forensics”
  • dr Alina Frolova- prezentacja “Mysteries of mock communities and spike-in controls in metagenomics studies”
  • dr hab. inż. Paweł Łabaj - prezentacja “ MetaSUB global City Sampling Days - on the road to global high resolution metagenomic atlas and its application in forensics”
• na Polskim Kongresie Genetyki:
  • mgr Kamila Marszałek - prezentacja “Performance evaluation of targeted High-Throughput Sequencing technologies in metagenomic forensic applications”
  • dr hab. inż. Paweł Łabaj -  prezentacja “On the road to global high resolution metagenomic atlas and its application in forensics"

• na konferencji Intelligent Systems for Molecular Biology 2022:
  • dr hab. inż. Paweł Łabaj - prezentacja “CAMDA COSI - From Critical Assessment at CAMDA to real life applications - metagenomics in forensics” abstrakt
  • dr hab. inż. Paweł Łabaj - prezentacja “Microbiome COSI - Sample origin prediction in forensics with use of targeted metagenomic sequencing”  abstrakt

Proponowane w projekcie rozwiązania jak dotąd nie zostały zbadane dla obszaru geograficznego Polski, a w skali światowej istnieją pojedyncze doniesienia sugerujące jedynie możliwość wykorzystania predykcji składu mikroorganizmów do lokalizacji geograficznej w kryminalistyce, jednakże zaproponowana w projekcie kombinacja technik laboratoryjnych jak analizy danych jest unikatowa w skali światowej.  W projekcie wygenerowano dane metagenomiczne gleb o niespotykanej do tej pory głębokości powyżej 100 milionów odczytów na próbkę, które pozwolą na nowe odkrycia w badaniach mikrobiomu i gleb. Takie podejście do tej pory nie było stosowane na świecie co sprawia, że projekt MIKROBIOM jest innowacyjny również w zastosowanej strategii badawczej. Podkreślić trzeba, że unikatowa wiedza i kompletny system predykcyjny składający się z bazy danych, algorytmu do korzystania z jej zasobów i testu genetycznego w technologii NGS do analizy metagenomicznej wypracowane w projekcie może mieć zastosowanie w predykcji pochodzenia nieznanych próbek nie tylko w sprawach kryminalnych.

Projekt badawczy MIKROBIOM, “Wykorzystanie potencjału mikrobiomu środowiskowego w kryminalistyce.”, realizowany jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, umowa: DOB-BIO10/03/01/2019.