研究揭示城市微生物能够代谢消毒剂

作者 Catherine Diamond

编辑 Patricia Pieterse

2024年10月17日

最新研究表明,城市中的微生物正在进化,以抵抗用于清除它们的清洁剂。此外,研究还发现了一些新菌株,这些菌株此前仅在南极沙漠土壤中被发现,如今却在中国香港出现。

疫情过后,消毒剂的使用显著增加,但我们为营造无菌城市环境所做的努力是否适得其反?

一项发表在《Microbiome》期刊上的最新研究识别出了适应城市中有限资源的新型微生物菌株,并推测了我们的日常行为可能正在改变室内环境中的微生物组成这一发现。

“建筑环境具备的独特条件,使其有别于自然和人工栖息地,”该研究的主要作者、来自中国西交利物浦大学的助理教授童心昭博士表示。

“城市区域提供的用于微生物生存所需的传统营养物质和必需资源相对匮乏,因此这些建筑环境中形成了独特的微生物群落。”

童博士进一步解释道:“我们使用的清洁剂和其他人造产品创造了一个特殊环境,对微生物施加了选择压力,使它们必须适应这些压力,否则将被淘汰。然而,目前我们对微生物在建筑环境中如何适应和生存的机制仍然了解较少。”

城市居民

据了解,研究人员从香港的多种环境中采集了738个样本,包括地铁、住宅、公共设施、码头和人体皮肤。随后,他们使用宏基因组测序技术对微生物的基因组进行了分析,以探究这些微生物如何适应充满挑战的城市环境。

研究团队识别出了363种此前未被发现的微生物菌株,这些菌株分布在我们的皮肤和周围环境中。其中一些菌株的基因组具有代谢人造产品的基因,能够将这些产品作为碳源和能量来源。例如,团队发现了一种隶属于候选门Eremiobacterota的新菌株,其此前仅在南极沙漠土壤中有过报道。

童博士解释道:“这种新型的Eremiobacterota菌株的基因组包含能够代谢清洁产品中铵离子的基因。该菌株还具有编码醇脱氢酶和醛脱氢酶基因,可以分解常规消毒剂中残留的酒精。

“相比于非耐受菌株,那些具备更强资源利用能力并能耐受消毒剂和金属等人造产品的微生物,在建筑环境中更具生存和进化优势。因此,如果这些微生物具有致病性,可能会带来健康风险。”

研究团队还鉴定出了11种以前未被发现的黄色微球菌(Micrococcus luteus)菌株。尽管这些菌株通常无致病性,但在免疫功能低下的人群中可能引发机会性感染。

童博士补充道:“这些微生物对人类行为(如人造产品的使用)的适应性,在临床环境中尤为关键。医院是多种引起院内感染(Hospital-acquired infections, HAIs)的病原体的聚集地。院内感染已成为重大的健康威胁,尤其是在重症监护病房,患者的死亡率可高达30%。”

美国国立卫生研究院于2007年启动的人类微生物组计划首次揭示了健康人体内的微生物的多样性,并正在深入探索特定人类疾病与微生物组之间的潜在关系。

2007年,由美国国立卫生研究院(NIH)发起的人类微生物组计划首次揭示了健康人体内的微生物多样性,并正在探索特定人类疾病与微生物组之间的潜在关系。 (从左上角顺时针方向):链球菌(图片来源:Tom Schmidt);由来自人体的多种微生物形成的生物膜(图片来源:A. Earl,布罗德研究所/MIT);芽孢杆菌(图片来源:Tom Schmidt);马拉色菌(图片来源:J.H, CDC)。复合图像来源:Jonathan Bailey,美国国立人类基因组研究所,NIH。

平衡之道

研究人员还鉴定出两种新的Patescibacteria菌株,被称为“纳米细菌”,因为其基因组极小,且缺乏许多用于自身资源生成的基因。

童博士表示:“一些Patescibacteria菌株被认为具有寄生性,因为它们依赖其他细菌宿主来提供营养。然而,在这项研究中,研究人员从人体皮肤表面组装出的一株纳米细菌,其基因组编码了与抗氧化剂(如类胡萝卜素和泛醌)合成的基因。这些抗氧化剂对人类健康至关重要,我们通常通过日常饮食来获取它们,尤其是类胡萝卜素。这一发现暗示了这些纳米细菌与人类宿主之间可能存在互利关系。”

深入了解建筑环境中微生物代谢功能,有助于制定策略,构建健康的室内微生物生态系统,使我们能够与之和谐共存。

研究团队目前正着手研究病原微生物在严格且频繁使用消毒剂的重症监护病房中的传播方式及耐药性演化。他们希望通过改进感染控制措施,提升临床环境中医护人员和患者的安全性。

关于这项题为“寡营养建筑环境中微生物的多样化和专业化代谢能力”的研究,详情可点击这里阅读原文。

微生物在贫养的人造环境中的特化代谢能力。童博士等。《微生物在贫养人造环境中的多样化和特化代谢能力》,发表于《微生物组》(2024)。 来源: AJE Video Bytes 与Springer Nature Group合作。

记者: Catherine Diamond

翻译:王璐谣

编辑: Patricia Pieterse

作者 Catherine Diamond

编辑 Patricia Pieterse

2024年10月17日

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