В воздухе большого города есть виды микроорганизмов, опасные для здоровья

Воздух над городом содержит взвешенные твердые и жидкие частицы, органические и неорганические веществ. Пылевые частицы могут быть различного размера. Влияние на здоровье человека оказывают две фракции пыли: частицы диаметром менее 10 мкм (PM₁₀, от англ. particulate matter — твердые частицы) и частицы диаметром менее 2,5 мкм (PM_2.5). Такие пылевые частицы, проникая в легкие с воздухом, становятся причиной хронических воспалительных заболеваний.

Китайские ученые наблюдали за микробным составом пылевых частиц, собранных из воздуха над Пекином с октября 2012 по март 2013 гг., включая эпизод сильного смога в январе 2013 года, чтобы лучше понять их влияние на здоровье людей. Из пробоотборника воздуха, установленного на крыше университета Цинхуа в Пекине, они получили образцы пыли, разделенные на фракции PM_2.5 и PM₁₀. Далее ученые провели полнометагеномное секвенирование образцов и проанализировали полученные данные с помощью вычислительного инструмента MetaPhlAn2. По результатам был составлен каталог из 4 301 891 микробных генов, из них 3 278 420 генов прокариот и 1 023 471 генов эукариот.

Подавляющее число метагеномных прочтений образцов из обеих фракций принадлежало бактериям (95,5% PM_2.5 и 93,0% PM₁₀), за ними следовали эукариоты (1,5% PM_2.5 и 2,2% PM₁₀), археи (0,2% PM_2.5 и 0,2% PM₁₀) и вирусы (2,8% PM_2.5 и 4,5% PM₁₀). Ученые определили наличие в образцах генетического материала 702 видов бактерий, 27 видов эукариот, 14 видов архей и 56 вирусов. Видовой состав и функциональный потенциал микробиома не зависел от фракции, но менялся со временем. Доминировали бактерии Propionibacterium acnes, Escherichia coli, Acinetobacter lwoffii, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus reuteri и несколько вирусов.

Изучение динамики относительного обилия 96 видов патогенных микроорганизмов в образцах показало, что доли 72 из них, в том числе потенциально патогенных бактерий Pseudomonas aeruginosa и Stenotrophomonas maltophilia, а также грибка Talaromyces marneffei и двух птичьих вирусов достигли максимума в январе 2013 года, что совпадает с сильнейшим смогом за время наблюдения. Ученые также исследовали репертуар генов резистентности и выявили гены, которые потенциально могут быть связаны с устойчивостью к 35 различным антибиотикам.

Далее авторы разделили образцы PM_2.5 и PM₁₀ на пять классов согласно принятой шкале качества воздуха (Air Quality Index, AQI). Они обнаружили, что обилие большинства микроорганизмов из фракции PM₁₀ различалось между классами с низким (I или II) и высоким (IV и V) индексом качества воздуха (нумерация классов приведена на иллюстрации). Этого не наблюдалось для видов, соответствующих PM_2.5.

Ученые отмечают, что микробный состав воздуха сопоставим с таковым для почвы и водной среды; во всех трех случаях микроорганизмы происходят из самых разных источников. Ассоциации микробного состава городского воздуха с уровнем его загрязнения необходимо учитывать при оценке рисков для здоровья.