Известно, что микробиомы, микроорганизмы, населяющие определенные среды, включают как полезные, так и вредные виды бактерий. Понимание того, как разрушительные микробиомы возникают в изменяющихся условиях и их воздействие как на окружающую среду, так и на здоровье человека, может помочь более эффективно решать глобальные проблемы благополучия.

Исследователи из Политехнического университета Гонконга, а также институтов и университетов в Китае и США недавно провели исследование, изучающее состав и происхождение переносимых по воздуху микробиомов на Земле. Их результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что люди и животные являются одними из основных источников глобальных бактерий, переносимых воздушно-капельным путем.

"Мы потратили в общей сложности около девяти лет на это глобальное исследование, включая составление первоначального предложения, проведение выборки по всему миру, сбор и обработку данных, а также составление и пересмотр рукописи", - рассказал Сяндун Ли, один из ведущих исследователей, проводивших исследование. Phys.org . "Мы создали всеобъемлющий атлас глобальных бактерий, переносимых по воздуху, с последствиями для микробиологии, экологии, загрязнения воздуха и общественного здравоохранения, и мы считаем, что бактерии, переносимые по воздуху, будут привлекать все больше внимания со стороны всех слоев общества".

Чтобы составить свой атлас глобальных бактерий, переносимых воздушно-капельным путем, Ли и его коллеги собрали и систематизировали набор данных, содержащий 76 недавно собранных проб воздуха (всего 803 еженедельных образца). Затем они объединили этот набор данных с другими 294 образцами воздуха, собранными в рамках авторитетных научных исследований, охватывающих 63 места по всему миру.

Образцы, использованные исследователями, были собраны в самых разных местах, начиная от крыш городских районов и заканчивая высокими горными вершинами и Арктическим кругом. Они надеялись, что это позволит им определить биогеографическое распределение бактерий, находящихся в воздухе, таких как экосистемы и окружающая среда, связанные с различными типами бактерий.

"Одним из наших наиболее интересных открытий является максимальное микробное разнообразие микроорганизмов в регионах промежуточных широт, которое радикально отличается от типичного широтного убывающего градиента разнообразия макроскопических организмов", - сказал Ли.

Анализируя собранную ими библиотеку бактерий, переносимых по воздуху, Ли и его коллеги обнаружили, что места на Земле с самым широким спектром существующих микробиомов, переносимых по воздуху, находятся в так называемых промежуточных (или среднеширотных) регионах. Это имело бы смысл, поскольку известно, что эти регионы связаны с более богатыми экосистемами микробиома и большим биоразнообразием сообществ бактерий.

"В ходе исследования мы подтвердили, что деятельность человека оказала большее влияние на микробное сообщество по сравнению с фоновой и относительно нетронутой воздушной средой, такой как 4000 м над уровнем моря в Тибете", - сказал Ли. "Деятельность человека, безусловно, изменила структуру микробиомов в окружающем воздухе, особенно в связи с более высоким содержанием патогенных бактерий в городском воздухе. Таким образом, нам все еще необходимо выступать за усилия по защите природных экосистем".

Ли и его коллеги подсчитали, что количество бактерий в атмосфере (~109) сравнимо с количеством бактерий в так называемой гидросфере (т.е. области, содержащей все воды на поверхности Земли).

"Благодаря быстрому развитию биотехнологии мы теперь можем лучше видеть глобальный микробный мир и постепенно преодолевать ограничения традиционных биологических наблюдений", - объяснил Ли. "Таким образом, мы настоятельно рекомендуем, чтобы в будущих учебниках было освещено больше микробиологических знаний, включая обсуждение новой биогеографической структуры микробиомов, чтобы помочь общественности лучше понять невидимый микробный мир на Земле".

После пандемии COVID-19 многие люди во всем мире стали лучше понимать, как воздух на Земле может способствовать быстрой передаче вредных микробиомов, таких как вирусы и патогенные микроорганизмы. Недавняя работа этой группы исследователей дает интересное представление о распространении этих невидимых, но все же оказывающих широкое влияние микроорганизмов.

В рамках своего недавнего исследования Ли и его коллеги в первую очередь сосредоточились на механизмах, лежащих в основе географического распределения различных микробиомов на Земле. Поскольку собранные ими образцы были получены только в течение одного годичного цикла, они не смогли достоверно изучить процессы, лежащие в основе эволюции этих микробиомов с течением времени.

"Эволюционные процессы также определяют микробную биогеографию и даже происходят в экологических масштабах из-за изменения условий окружающей среды", - объяснил Ли. "Следовательно, в будущем следует проводить систематическую работу по отбору проб с более длительным периодом (около 10 лет), чтобы достичь всестороннего понимания механизмов, формирующих различные макроэкологические модели и структуры бактериального сообщества".

В будущем результаты, собранные этой группой исследователей, могут вдохновить на разработку стратегий, направленных на увеличение биоразнообразия, способствующих распространению более широкого спектра экологически полезных микробиомов. Кроме того, собранная ими библиотека микробиома может быть использована другими учеными-экологами для оценки влияния урбанизации и других видов человеческой деятельности на распределение микробиома.

"Теперь мы планируем исследовать метаболически активное бактериальное сообщество в отношении их функции в атмосфере (например, образование ледяных зародышей, трансформация загрязняющих веществ, взаимодействие с другими биологическими компонентами и т.д.) и воздействия на здоровье человека (например, польза, получаемая от полезных бактериальных сообществ / вторичных метаболитов и / или опасные эффекты, такие как аллергены, патогены, устойчивость к противомикробным препаратам и т.д.)", - добавил Ли.

"Мы также планируем расширить сферу применения микробиомов, находящихся в воздухе (например, грибов, вирусов, аллергенов и т.д.), чтобы обогатить область исследований биоаэрозолей и атмосферных наук в отношении здоровья человека, а также внести свой вклад в расширение границ понимания микробиома Земли".