Burial-associated microbial communities in Early Modern human remains: evidence for postmortem ecological restructuring revealed by 16S rRNA sequencing

Wanneer een persoon wordt begraven, ligt het lichaam niet simpelweg stil in de aarde. Het wordt een nieuw landschap, een tijdelijk ecosysteem waar het microscopische leven dat ooit in hen leefde, begint te interageren met de bodem, de lucht en het vocht om hen heen. Eeuwenlang hebben wetenschappers naar oude botten en tanden gekeken om sporen te vinden van de bacteriën die in de monden en darmen van mensen leefden terwijl zij nog in leven waren, in de hoop de gezondheid en het dieet uit het verleden te begrijpen. Een grote uitdaging is echter altijd geweest het scheiden van de oorspronkelijke menselijke microben van de talloze bacteriën die zich in de loop der tijd in het graf hebben genesteld. De bodem zelf bruist van het leven, en het is vaak moeilijk te zeggen of een microbe die in een skelet wordt gevonden afkomstig is van de persoon of gewoon uit de grond is binnengedrongen. Het begrijpen van dit onderscheid is cruciaal, omdat het bepaalt of we een ware registratie lezen van de biologie van een persoon of slechts een momentopname van de grond waarin zij te ruste zijn gelegd.

Een team onderzoekers in de Tsjechische Republiek besloot dit probleem aan te pakken door naar de gehele bacteriegemeenschap te kijken, in plaats van alleen op zoek te gaan naar specifieke oude DNA-fragmenten. Ze bestudeerden menselijke resten van twee verschillende begraafplaatsen in Bohemen, daterend uit de 17e en 18e eeuw. De ene locatie was een landelijke begraafplaats in Hostivice, en de andere een ongewone begraafplaats nabij Semonice, die waarschijnlijk soldaten bevat die stierven tijdens een epidemie. Het team verzamelde tanden en de aarde die zich in de buikholtes van de skeletten had opgehoopt. Om er zeker van te zijn dat ze het verschil konden zien tussen de menselijke resten en de omliggende aarde, verzamelden ze ook bodemmonsters van nabijgelegen gebieden die nooit door begravingen waren verstoord, en ze namen zelfs een bot van een koe op in een apart dierengraf. Ze namen ook een klein deel van de bodem- en tandmonsters en probeerden de bacteriën in een laboratoriumschaaltje te kweken om te zien welke de overgang van het graf naar een petrischaal konden overleven.

De onderzoekers gebruikten een moderne techniek om de genetische code van de bacteriën te lezen, waardoor ze konden identificeren welke typen aanwezig waren in elk monster. Wat ze ontdekten, was dat de microbiële wereld binnen deze eeuwenoude graven veel chaotischer en gevarieerder was dan een eenvoudige, uniforme laag vuil. De bacteriën die in de graven werden gevonden, zagen er niet exact hetzelfde uit als de bacteriën in de nabijgelegen controlegrond, noch zagen ze er precies hetzelfde uit als de bacteriën die in een levend menselijk lichaam zouden zitten. In plaats daarvan waren de gemeenschappen in de graven een mix van beide, sterk gevormd door de specifieke omstandigheden van elke begraafplaats. De bodem van Hostivice huisvestte een andere set bacteriën dan de bodem van Semonice, wat suggereert dat het lokale milieu een veel grotere rol speelde bij het vormen van deze oude gemeenschappen dan het specifieke lichaamsdeel waaruit het monster afkomstig was. Sterker nog, de onderzoekers vonden dat het vaak onmogelijk was om een tandmonster te onderscheiden van de bodem in de buik van hetzelfde skelet, enkel door te kijken naar de aanwezige typen bacteriën.

Een van de meest opvallende ontdekkingen was hoe sommige van deze oude gemeenschappen werden gedomineerd door slechts één of twee typen bacteriën. In een paar gevallen maakte een enkel type microbe bijna alle bacteriën in een monster uit, wat een zeer ongebalanceerd ecosysteem creëerde. Dit suggereert dat het lichaam na de dood een proces van ecologische herstructurering ondergaat, waarbij bepaalde hardnekkige bacteriën de overhand krijgen terwijl anderen uitsterven. Het team merkte op dat een type bacterie dat algemeen op de menselijke huid voorkomt, bekend als Staphylococcus, zeer talrijk was in veel van de begravingsmonsters. Hoewel deze bacterie meestal een minderheid vormt in het microbioom van een levend persoon, leek hij gedijen in het graf, waarschijnlijk omdat hij taai is en kan overleven in veranderende omstandigheden. In contrast hiermee waren veel bacteriën die typerend zijn voor de menselijke darm, zoals die uit de Escherichia-familie, bijna volledig afwezig in de abdominale sedimenten. Dit geeft aan dat de darmbacteriën de lange reis door eeuwen van begraving niet hebben overleefd, terwijl de huidbacteriën en sommige omgevingssoorten erin slaagden te blijven bestaan.

De studie benadrukte ook de beperkingen van het proberen te kweken van deze oude bacteriën in een lab. Wanneer de onderzoekers de microben uit de bodem en tanden probeerden te cultiveren, waren de resultaten heel anders dan wat ze zagen in de genetische sequencing. De bacteriën die in het lab groeiden, waren een kleine, selecte groep die toevallig van de door de wetenschappers aangeboden voeding en temperatuur hield, terwijl de overgrote meerderheid van de oorspronkelijke gemeenschap inactief of dood bleef. Dit bevestigde dat het kweken van bacteriën in een schaaltje niet een betrouwbare manier is om te begrijpen wat er daadwerkelijk in het graf leefde, omdat het het grootste deel van het verhaal mist. De genetische gegevens toonden echter een duidelijker beeld: de gemeenschappen in de graven waren dynamische systemen die door de tijd waren gefilterd. De bodembacteriën die het meest voorkwamen in de omliggende aarde maskeerden vaak de signalen van de menselijke bacteriën, waardoor de graven meer op de bodem leken dan ze in werkelijkheid waren. Wanneer de onderzoekers de veelvoorkomende bodembacteriën wiskundig uit hun analyse verwijderden, werden de menselijke signalen veel duidelijker, wat onthulde dat sporen van het oorspronkelijke microbioom inderdaad hadden overleefd.

Uiteindelijk suggereert het onderzoek dat de microben die in oude botten worden gevonden, geen perfect bewaard gebleven relikwie van een mensenleven zijn, noch zijn ze slechts willekeurige contaminatie van de aarde. Ze zijn een unieke mix, een nieuwe gemeenschap gevormd door de interactie tussen de oorspronkelijke microben van de persoon, de lokale bodem en de specifieke omstandigheden van de begraving over honderden jaren. De studie laat zien dat hoewel de oorspronkelijke darmbacteriën vaak verdwijnen, bepaalde taaie bacteriën van de huid en de omgeving eeuwenlang kunnen voortbestaan, waardoor ze een onderscheidende signatuur creëren die verschilt van de omringende grond. Deze bevinding verandert hoe wetenschappers naar oude resten moeten kijken; het suggereert dat het verhaal van een begrafenis niet alleen gaat over de persoon die stierf, maar over het complexe ecologische drama dat nog lang na het neerleggen van het lichaam in het graf heeft afgespeeld. Door deze patronen te begrijpen, kunnen onderzoekers het menselijke signaal beter scheiden van de ruis van de aarde, wat een nauwkeuriger venster op het verleden biedt.