فهم تكوين البيولوجية البيئية الجسيمات مهم لدراسة آثارها الكبيرة على صحة الإنسان وانتشار المرض. هنا، نحن تستخدم ثلاثة أنواع من طرق أخذ العينات بيوايروسول وتحليل البيولوجي للميكروبات المحمولة جوا لاستكشاف أفضل المجتمعات الميكروبية المحمولة جوا تحت ظروف بيئية مختلفة.
قد يكون المتغير الكائنات الحية الدقيقة في المادة الجسيمية (م) تحت ظروف بيئية مختلفة تأثيرات كبيرة على صحة الإنسان. في هذه الدراسة، ونحن وصف بروتوكول لتعرض تحليلات متعددة من التراكيب البيولوجية في التجارب “الخمس مساء” البيئية: (1) بعد الظهر رصد عدد باستخدام عداد جسيمات ليزر؛ (2) مجموعة بعد الظهر باستخدام عينة اعصارية الهباء الجوي؛ (3) مجموعة بعد الظهر باستخدام عينة كبيرة الحجم هواء مع عوامل التصفية؛ (4) كوكتيل الميكروبات كولتورابل أندرسن 6-مرحلة أخذ العينات؛ وتتابعها (5) الكشف عن التكوين البيولوجي للساعة البيئية من البكتيريا 16SrDNA والفطرية للبحث عن المنطقة. علينا تحديد أيام ضبابي ومزرعة لتربية الماشية كمثالين نموذجية للتطبيق في هذا البروتوكول. في هذه الدراسة، وهذه اثنين من طرق أخذ العينات، وعينات الأيروسول الإعصارية والعينات تصفية، أظهرت كفاءة أخذ العينات المختلفة. عينات الأيروسول الإعصارية أداؤها أفضل بكثير من حيث جمع البكتيريا، في حين أظهر هذان الأسلوبان بنفس الكفاءة في جمع الفطريات. عامل التصفية لأخذ العينات يمكن العمل تحت ظروف الحرارة المنخفضة بينما العينات الأيروسول الإعصارية القيد أخذ عينات لدرجة الحرارة. يمكن استخدام عينة المرتطمة صلبة، مثل عينات ستة-مرحلة أندرسن، بيوايروسولس عينة مباشرة في المتوسط الثقافة، مما يزيد من معدل البقاء على قيد الحياة للكائنات المجهرية كولتورابل. ومع ذلك، هذا الأسلوب أساسا يعتمد على الثقافة حين لا يكون مثقف أكثر من 99% جراثيم. الحمض النووي المستخرج من البكتيريا كولتورابل جمعها أندرسن 6-مرحلة أخذ العينات وعينات جمعتها عينات الأيروسول الإعصارية وتم الكشف عن تصفية العينات البكتيرية المتاشب 16S وتسلسل المنطقة للبحث عن الفطريات. كافة الأساليب المذكورة أعلاه قد يكون تطبيق على نطاق واسع في العديد من مجالات الدراسة، مثل الرصد البيئي، والكشف عن العوامل الممرضة المحمولة جوا. من هذه النتائج، يمكننا أن نستنتج أن هذه الأساليب يمكن أن تستخدم في ظروف مختلفة، وقد تساعد الباحثين الآخرين مواصلة استكشاف الآثار الصحية المترتبة على بيوايروسولس البيئية.
توجد أنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة في البيئات الطبيعية، في بيوايروسولس، بما في ذلك الفطريات، والبكتيريا والفيروسات وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة1. الكائنات المجهرية المحمولة جوا، التي يمكن أن تنبعث من بعض الأنشطة البشرية مثل عمليات تغذية الحيوانات في مزارع تربية المواشي، هي محتويات هامة من بيئة الغلاف الجوي2. هذه الكائنات الحية الدقيقة قد لا تلعب أدواراً هامة في بيئة الغلاف الجوي بل أيضا لها تأثيرات كبيرة على صحة الإنسان وانتشار الأمراض.
كوسيلة هامة لنشر الأمراض، الميكروبية الهباء الجوي قد اجتذبت اهتماما واسعاً في جميع أنحاء العالم. في الدراسات التي أجريت مؤخرا، تم العثور على العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان مرتبطة بتكوين مجمع من الجسيمات البيئية (بعد الظهر) في مواقع مختلفة، مثل المصانع الكيميائية ومزارع تربية المواشي والمدن الملئ3،4. تكوين الساعة البيولوجية قد تسهم بعض أمراض الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية في البشر المعرضة للساعة5. مناطق مختلفة من الجسم، مثل الغشاء المخاطي، والجلد، والجهاز الهضمي والجهاز التنفسي، يمكن أن تكون أهدافا محتملة للميكروبات التي تعلق على الساعة6،7. قد يكون سبب زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة نتيجة للتعرض المطول إلى2.5م8.
تم مسح البكتيريا المحمولة جوا في مواقع مختلفة في العديد من البلدان حول العالم، بما في ذلك في محطات مترو الإنفاق والمستشفيات البيطرية والمجازر، سماد, مدابغ الجلود، ومرافق تجهيز الحليب, مناجم الفحم، عيادة لطب الأسنان وتوليد بيئات داخلي9،10،11،،من1213،14،15،،من1617، عدد كبير من التقارير حول الأيروسولات البيولوجية. الأماكن المزدحمة المرتبطة بالجامعات، الماشية المزارع والمدن الكبيرة خلال أيام الضبابي هي الشروط العامة أهمية خاصة الثلاثة التي نحن بحاجة إلى استكشاف الصلات بين صحة البشر والآثار المحتملة للتعرض للساعة. وعلاوة على ذلك، خلال أيام الشتاء في مدن شمال الصين، قيم2.5 م عالية قد تؤثر على صحة الإنسان. على الرغم من أن يمكن أن تولد الساعة2.5 الآثار السامة التي تستهدف السطوح التنفسية وتذويب في الدم18، لا يزال غير واضح مدى وكيفية الميكروبات تعلق على الساعة2.5 يمكن أن يؤثر على صحة الإنسان19 ،20. مزارع تربية الماشية واحدة من المصادر الرئيسية للساعة والهباء الجوي للميكروبات في الهواء. الإعداد الكبيرة من مسببات الأمراض، مثل فيروس الإنفلونزا و بروسيلا مالطية، التي تتم بالهباء الجوي في الحقول حولها مزارع تربية المواشي من العوامل الهامة التي تسبب أمراض الجهاز التنفسي في تربية الماشية والدواجن العمال.
في هذه الدراسة، فإننا استكشاف أنواع متعددة من تحليلات بيوايروسولس، بما في ذلك الساعة رقم الرصد، بيوايروسول جمع وتحليل تكوينها البيولوجي. تم جمع عينات الهواء عينة أيروسول اعصارية وعينه كبيرة الحجم هواء مع عوامل التصفية وعينات ستة-مرحلة أندرسن. ثم، تم تحليل العينات التي تم جمعها من هذه العينات الثلاثة بالتحليل البيولوجي بما في ذلك البكتيريا المتاشب 16S والفطرية للبحث عن تسلسل لتحديد تلك المؤلفات البيولوجية. هنا، نحن إظهار نتائج تمثيلية من بيوايروسول العينات التي تم جمعها خلال أيام بكين ضبابي ومن مزارع تربية المواشي، مما يشير إلى أن بيوايروسولس قد آثاراً كبيرة على صحة الإنسان والحيوان. وبحثت أيضا المقارنة بين السائل وأخذ عينات من أساليب التصفية في هذه الدراسة أساسا استناداً إلى البيانات المستمدة من الحمض النووي 16S والفطرية للبحث عن تسلسل.
في هذه الدراسة، قدمنا بعض النتائج التمثيلية التي تم الحصول عليها خلال أيام ضبابي وفي مزارع تربية المواشي. النتائج من بيوايروسول العينات المأخوذة خلال أيام ضبابية بكين تيسير فهم أفضل لتركيبة البيولوجي التكوين البيولوجي للساعة دون م حاضرا أثناء أيام ضبابية بكين. وستوفر النتائج من العينات المأخوذة من مزارع تربية المواشي أيضا البيانات الأساسية للبيئة الجوية quality control في بيجيريس والأساس النظري وتقديم الدعم التقني لتربية صحية وآمنة الإنتاج في مزارع تربية المواشي. قد تسهم العديد من العوامل البيئية، مثل درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح، وتوزيع جسيمات الهباء الجوي في بيت البقر (الشكل 1). وأظهرت الدراسات السابقة أن الساعة في مزارع تربية المواشي تأتي بشكل رئيسي من العلف والبراز، والفراء والريش، التي قد تكون ذات صلة بأنشطة الحيوان. يمكن أن تؤثر العوامل البيئية ليس فقط الأنشطة الحيوانية، ولكن أيضا التجميع ونشر بعد الظهر في بيت البقر مغلقة نسبيا. ولذلك، يمكننا الكشف عن تركيزات مختلفة وتوزيع حجم من بعد الظهر في أربعة أشهر مختلفة. وإلى جانب ذلك، الحالة الصحية، التغذية وأسلوب ونشاط الحيوان كانت مختلفة بين أربعة أنواع من بيجيريس، الذي قد يؤثر أيضا على بنية المجتمع من البكتيريا كولتورابل في الهواء (الشكل 4).
ومع ذلك، في هذه الدراسة، ونحن أساسا تركز على الأساليب المتاحة التي يمكن أن نستخدمها لدراسة تركيب وتوزيع بيوايروسولس تحت ظروف بيئية مختلفة. مقارنة مع العينات الجرثومية الأخرى، تلك الكائنات المجهرية المحمولة جوا بتركيزات منخفضة جداً وهي مختلطة مع عدد كبير من الشوائب، مثل ذرات الغبار غير العضوي، مما يعرض بعض الصعوبات أثناء جمع والكشف عن هذه الكائنات الدقيقة21. ولذلك، يجب تحديد الطرق المناسبة لجمع والكشف للهباء الجوي الميكروبية. عموما يتم جمع عينات الأيروسول الميكروبية باستخدام الأسلوب هطول الأمطار أو معدات متخصصة لتجميع الكائنات الحية المجهرية في أخذ العينات السائلة أو شبه صلبة أو صلبة متوسطة22،23،24 . ثم، بعض المعالجة التقنية المقابلة واختبار محددة وتحليل في وقت لاحق تنفذ25. المتوسطة أخذ العينات ينبغي أن تبقى الكائنات المجهرية سليمة للحد من الخطأ المقترنة بالكشف والتحليل26. ومع ذلك، الكائنات الدقيقة الأيروسول مختلفة لأخذ العينات تأثيرات مختلفة على سلامة العينات نظراً للمبادئ أخذ العينات المختلفة ووسائل الإعلام. وقد صممت الناس أنواع كثيرة من بيوايروسول لأخذ العينات باستخدام مبادئ العينات المختلفة، مثل انحشار القصور الذاتي وتصفية المقاومة وترسيب الكتروستاتي27.
يمكن دفع تؤثر العينات الساعة المحمولة جوا إلى المتوسطة أخذ العينات بسرعة عالية باستخدام معدات الاستخراج. هناك نوعان من التأثير على العينات: الصلبة والسائلة. تؤثر العينات الصلبة يمكن استخدامها للعينة بيوايروسولس بتركيز منخفض ويمكن أن يصغي إلى الهواء تدفق28. جسيمات الهباء الجوي من أحجام مختلفة يمكن أن يكون فحص مبدئياً، ويمكن تذوق الميكروبات مباشرة في المتوسط الثقافة، مما يزيد من معدل البقاء على قيد الحياة للكائنات المجهرية كولتورابل10. بسبب تأثير القصور الذاتي، تصطدم جسيمات الهباء الجوي للميكروبات بسهولة في نفس الموقع، والمستعمرات قد تتداخل بسهولة بعد الثقافة. وفي الوقت الحاضر، هو العينات المرتطمة الصلبة الأكثر شيوعاً عينات الأيروسول الميكروبية أندرسن-6. في هذه الدراسة، استخدمنا عينات ستة-مرحلة أندرسن لدراسة البكتيريا كولتورابل التي وزعت في الساعة المحمولة جوا من أحجام مختلفة.
استخدام العينات الأيروسول الإعصارية الأعاصير إلى دوامة الهواء بسرعة عالية إلى اسطوانة أو مخروط. يمكن فصل جزيئات بيوايروسول من تدفق الهواء بقوة الطرد المركزي، مما يعني أن الجراثيم يمكن أن تصطدم الجدار الداخلي لأخذ العينات، وثم تجمع المخزن المؤقت أخذ العينات. هذه الطريقة مريحة ويمكن استخدامها لفترة طويلة أخذ العينات مرات في تدفق كبير وأخذ عينات من عمليات. ومع ذلك، لا يمكن تنفيذ هذا الأسلوب عند درجات حرارة منخفضة لأن العملية تعتمد على السائل. أيروسول الإعصارية أخذ العينات المستخدمة في هذه الدراسة هو عينة اعصارية تبلل الجدار أيروسول التي يمكن استخراج ونقل مسببات الأمراض المحمولة جوا، والجسيمات من عينات الهواء إلى كمية صغيرة من المياه للتحليل29.
عامل التصفية لأخذ العينات يمكن أن تعمل تحت ظروف الحرارة المنخفضة ويمكن عينة الجسيمات فوق حجم معين. بيد أنها يكون لها تأثير كبير على النشاط الميكروبي وهي عرضه للتلف، التي سوف تؤثر إلى حد كبير في الدراسات اللاحقة على أخذ عينات من النشاط. في هذه الدراسة، تم جمع عينات بيوايروسول من أيام ضبابية بكين باستخدام عينة كبيرة الحجم هواء مع عوامل التصفية وعينه اعصارية الهباء الجوي. والهدف من هذه التجربة يحلل تركيبة البيولوجي بعد الظهر دون الفصل واستزراع الميكروبات المحمولة جوا. ولذلك، وهذان الأسلوبان أخذ العينات كانت مناسبة لهذه الدراسة. لأسلوب أخذ العينات الأيروسول الإعصارية، الميكروبات المحمولة جوا بتركيز منخفض يمكن استخراجها بسهولة في المخزن المؤقت قيد التشغيل وثم يمكن تحليلها مريح دون معالجة إضافية التي تستخدم عادة لعينات عامل التصفية. في هذه الدراسة، وهذه اثنين من طرق أخذ العينات، وعينات الأيروسول الإعصارية والعينات تصفية، أظهرت كفاءة أخذ العينات المختلفة. معالجة إضافية التي تستخدم عادة لعينات التصفية، مثل استعادة العينة من التصفية، واحدة من أهم الاختلافات بين هاتين الطريقتين. إلى جانب ذلك، تم جمع عينات الهواء مباشرة إلى المخزن المؤقت قيد التشغيل بعينات الأيروسول الإعصارية بينما طريقة أخرى جمعت عينات في عوامل التصفية. خصائص نوع مختلف من أسلوب أخذ العينات يمكن أن تسهم هذه الكفاءة أخذ العينات المختلفة. يمكننا أن نفترض أن عينات الأيروسول الإعصارية هو الخيار الأفضل لجمع الكائنات الدقيقة، وهذا الافتراض يحتاج إلى زيادة تأكيد.
في هذه الدراسة، استخدمت البكتيرية المتاشب 16S والفطرية للبحث عن المنطقة التسلسل لإجراء التحليل البيولوجي من بيوايروسولس. تسلسل 16SrDNA يتم تحديد قطاعات المتاشب 16S في الجينوم الميكروبية30. المتاشب 16S موجود على نطاق واسع في بدائيات النوى مع حفظ عالية وخصوصية، مما يجعلها مفيدة للتعرف على الأنواع الميكروبية31. تسلسل الجينوم الجامعة يتطلب فقط استخراج الحمض النووي وتسلسل اللاحقة. بالإضافة إلى إنتاج كمية كبيرة من البيانات، تسمح هذه العملية أيضا بإجراء تحليل أكثر شمولاً لهيكل المجتمع الميكروبية. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا استخدام ميتاجينوميكس في هذا المجال من الدراسة بتقديم مزيد من المعلومات في المستقبل. Handelsman et al. أول من اقترح مفهوم ميتاجينومي في ورقة عام 1998 على جراثيم في التربة32. وفي الدراسات اللاحقة، مفهوم ميتاجينومي تدريجيا قبلت، وأجريت بحوث كثيرة على الميكروبات المدرجة في البشرية القناة الهضمية والمحيطات والتربة33،،من3435. بدعم التسلسل الفائق قد تطورت التكنولوجيا، ميتاجينوميكس بسرعة، وأنها تلعب دوراً متزايد أهمية في الدراسة للكشف عن العوامل الممرضة. أساليب البحوث الميكروبية التقليدية تعتمد أساسا على الثقافة لفصل وتنقية. ومع ذلك، لا يمكن تنفيذ العديد من الدراسات بسبب لا مثقف أكثر من 99% جراثيم. على عكس الطرق التقليدية، يمكن أن ميتاجينوميكس المعلومات الجينية الخاصة بجميع الميكروبات في البيئة ككل دون الحاجة إلى فصل الكائنات الفردية36. ويمكن إجراء تحليل شامل لجميع الكائنات الحية الدقيقة الناتجة مباشرة.
وخلاصة القول، وأظهرت هذه الدراسة عدة الكشف وأخذ العينات وتحليل الأساليب التي يمكن استخدامها في الدراسات المتعلقة بتكوين م البيئية، بما في ذلك الرصد؛ الساعة البيولوجية م أخذ العينات عينات ستة-مرحلة أندرسن، وعينه كبيرة الحجم هواء مع عوامل التصفية أو الهباء الجوي الإعصارية أخذ العينات؛ والتحليل البيولوجي اللاحقة استناداً إلى تسلسل الحمض النووي. في الواقع، يمكن استخدام هذه الأساليب تحت ظروف بيئية مختلفة، مثل أنواع كثيرة من مزارع تربية المواشي. لدينا بروتوكولات ونتائج قد تساعد الباحثين الآخرين في جميع أنحاء العالم، مواصلة استكشاف الآثار الصحية المترتبة على بيوايروسولس الفطرية والبكتيرية في البيئة.
The authors have nothing to disclose.
وجاء الدعم المالي لهذه الدراسة من “مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية” (رقم 41775148). وكان الممولين أي دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات والتحليل، وقرار نشر أو إعداد المخطوطة.
airborne laser particle counter | TSI Inc, MN, USA | model 9306 | |
Andersen six-stage sampler | Tisch Inc, USA | TE-20-600 | |
AxyPrep multisource DNA Miniprep Kit | Axygen, NY, USA | AP-MN-MIS-GDNA-50G | |
FastPfu Polymerase | TransGen Inc., Beijing, China | AP221-01 | |
High-volume air sampler | Beijing HuaRui HeAn Technology Co., Ltd., China | HH02-LS120 | |
Real-Time PCR System | Thermo Fisher Scientific, USA | Applied Biosystems® 7500 | |
Soybean-Casein Digest Agar | Becton, Dickinson and company, MD, USA | 211043 | |
Tissuquartz filters | Pall, NY, USA | 7204 | |
Wetted-Wall Air Sampler | Research International, Inc. 17161 Beaton Road SE Monroe, Washington 98272-1034 USA |
SASS 2300 |