הבנת ההרכב הביולוגי של חלקיקי סביבתי חשוב לחקר שלה השפעות משמעותיות על בריאות האדם ואת התפשטות המחלה. . היינו שלושה סוגים של שיטות דגימה bioaerosol, ניתוח הביולוגי של חיידקים באוויר כדאי לחקור את קהילות חיידקים באוויר בתנאים סביבתיים שונים.
מיקרואורגניזמים משתנה בחלקיקים (PM) תחת תנאים סביבתיים שונים ייתכן יש השפעות משמעותיות על בריאות האדם. במחקר זה, אנו המתואר פרוטוקול עבור ניתוחים מרובים של קומפוזיציות ביולוגי בניסויים בחמש אחה”צ סביבתיים מוצגים: (1) PM מספר ניטור באמצעות לייזר מונה חלקיקים; (2) PM אוסף באמצעות דוגמאות ציקלונית תרסיס; (3) PM אוסף באמצעות דוגמאות אוויר בנפח גבוה עם מסננים; (4) אוסף חיידקים culturable על ידי הדוגם בשלב שש אנדרסן; (5) זיהוי של הרכב הביולוגי של הסביבה PM על ידי חיידקי 16SrDNA ורצף פטרייתי ITS באזור. בחרנו ימים מעורפל, משק בעלי חיים כמו שתי דוגמאות טיפוסיות של היישום בפרוטוקול זה. מחקר זה, אלה שתי שיטות הדגימה, תרסיס ציקלונית סמפלר, מסנן סמפלר, הראה יעילות דגימה שונים. הדוגם תרסיס ציקלונית לבצע הרבה יותר טוב מבחינת איסוף חיידקים, בעוד שתי שיטות אלו הראו יעילות זהה איסוף פטריות. דוגמי מסנן יכול לעבוד בתנאי טמפרטורה נמוכה בעוד תרסיס ציקלונית דוגמי יש מגבלה הדגימה על טמפרטורת. דוגמאות והשפעתן מוצק, כגון סמפלר שש-שלב אנדרסן, יכול לשמש כדי מדגם bioaerosols ישירות לתוך המדיום תרבות, אשר מגביר את שיעור ההישרדות של מיקרואורגניזמים culturable. עם זאת, שיטה זו בעיקר מסתמך על תרבות בעוד יותר מ 99% של חיידקים לא יכולים להיות תרבותי. DNA שחולצו מן החיידקים culturable שנאספו על ידי אנדרסן בשלב שש דוגמאות ודוגמאות שנאספו על ידי תרסיס ציקלונית סמפלר, סמפלר מסנן אותרו על ידי חיידקי מטוסי אף-16 rDNA ורצף אזור פטרייתי ITS . כל השיטות לעיל ייתכן שימוש נרחב בתחומים רבים של מחקר, כגון ניטור סביבתי וזיהוי גורם למחלה. תוצאות אלה, אנחנו יכולים להסיק כי שיטות אלה ניתן להשתמש בתנאים שונים, עשוי לסייע לחוקרים אחרים להמשיך לחקור את ההשפעות הבריאותיות של הסביבה bioaerosols.
בסביבה הטבעית, קיימים סוגים שונים של מיקרואורגניזמים bioaerosols, כולל פטריות, חיידקים, וירוסים, מיקרואורגניזמים אחרים1. מיקרואורגניזמים באוויר, אשר יכול להיות הנפלטים כמה פעילויות אנושיות כגון פעולות הזנה בבעלי חיים בחוות חיות משק, הן התוכן החשוב של האטמוספירה הסביבה2. אלה מיקרואורגניזמים עשוי לא רק לשחק תפקידים חשובים בסביבה אטמוספרית אך יש גם השפעות משמעותיות על בריאות האדם ומחלות להתפשט.
כמו דרך חשובה של הפצת מחלות, חיידקים אירוסולים משכו תשומת לב רחב ברחבי העולם. מחקרים שנעשו לאחרונה, נמצאו למחלות רבות להיות מזוהה עם ההרכב מורכב של הסביבה חלקיקים (PM) במיקומים שונים, כגון מפעלים כימיים, חוות חיות משק, ערים האוויר שם3,4. ההרכב הביולוגי של PM עשוי לתרום כמה מחלות מערכת הנשימה, הלב וכלי הדם PM-חשופים בני5. אזורי גוף שונים, כגון רירית, העור, מערכת העיכול, מערכת הנשימה, יכול להיות מטרות אפשריות של חיידקים המצורפת PM6,7. סיכון מוגבר של סרטן ריאות עלול להיגרם על ידי חשיפה ממושכת ל- PM2.58.
לוחמה חיידקים יש נסקרו במקומות שונים במספר מדינות ברחבי העולם, כולל תחנות רכבת תחתית, בבתי חולים וטרינריים, משחטות, אקולוגיים מתקנים וגללים, מתקני עיבוד החלב, מכרות פחם, מרפאות שיניים יצירת סביבות מקורה9,10,11,12,13,14,15,16,17, מספר גדול של דוחות אודות אירוסולים ביולוגי. במקומות צפופים המשויך קמפוסים, משק-החי בחוות והם ערים גדולות בימי מעורפל שלושה תנאים ציבורי חשוב במיוחד ולכן אנו זקוקים לחקור את הקשרים בין בריאות האדם לבין על ההשפעות האפשריות של חשיפה PM. יתר על כן, במהלך ימי חורף בערים הצפוני של סין, ערכים גבוהים של2.5 PM עשוי להשפיע על בריאות האדם. למרות PM2.5 ניתן להפיק את ההשפעות הרעילות על ידי מיקוד משטחים הנשימה מלהתמוסס לתוך הדם18, זה עדיין לא ברור אם וכיצד החיידקים קשורה PM2.5 שעלולות להשפיע על בריאות האדם19 ,20. חוות משק-החי הם אחד המקורות העיקריים של PM ומרססים חיידקים באוויר. מספרם של פתוגנים, כגון וירוס שפעת ו- Brucella melitensis, זה מתבצעות על ידי אירוסולים בשדות סביב חוות משק-החי הם גורמים חשובים גורמות למחלות בדרכי הנשימה משק-החי והן עופות עובדים.
במחקר זה, אנחנו בחנו מספר סוגים של ניתוחים של bioaerosols, כולל PM מספר מעקב, bioaerosol איסוף וניתוח הקומפוזיציה ביולוגי. האוויר דוגמאות נאספו על ידי דוגמאות תרסיס ציקלוניים, דוגמאות אוויר בנפח גבוה עם מסננים סמפלר שש-שלב של אנדרסן. לאחר מכן, הדגימות שנאספו על ידי אלו דוגמיות שלושה נותחו על ידי ניתוח הביולוגי כולל חיידקי מטוסי אף-16 rDNA ורצף ITS פטרייתי כדי לקבוע את היצירות הביולוגי שלהם. במסמך זה, אנו מראים תוצאות נציג בין דגימות bioaerosol שנאספו במהלך ימים מעורפל של בייג’ינג ו מחוות חיות משק, המציינת כי ייתכן bioaerosols יש השפעות נהדר על בריאות האדם ושל בעלי החיים. ההשוואה בין נוזלי מסנן דגימה בשיטות היו גם בחנו במחקר זה בעיקר בהתבסס על הנתונים של מטוסי אף-16 DNA ורצף ITS פטרייתי.
במחקר זה, סיפקנו כמה תוצאות נציג זה התקבלו במהלך ימים מעורפל, בחוות חיות משק. התוצאות של bioaerosol דגימות שנלקחו במהלך ימי מעורפל בייג’ינג הקלה הבנה טובה יותר של קומפוזיציות הביולוגי של ההרכב הביולוגי של PM ללא PM נוכח במהלך ימים מעורפל של בייג’ינג. התוצאות של דגימות שנלקחו מן החוות משק-החי גם תספק נתונים בסיסיים עבור אוויר סביבתי quality control ב piggeries ו קרן תיאורטית לתמיכה הטכנית לגידול בריא והפקה בטוח בחוות חיות משק. גורמים סביבתיים רבים, כגון: טמפרטורה, לחות, מהירות הרוח, עשוי לתרום ההפצה של חלקיקי אירוסול בבית פרה (איור 1). מחקרים קודמים חשפו כי ראש הממשלה בחוות משק-החי בעיקר בא מספוא, צואה, פרווה, נוצות, אשר עשויים להיות קשורים לפעילות בעלי חיים. הגורמים הסביבתיים יכול להשפיע לא רק בעלי חיים, אבל גם הצבירה ופעילויות דיפוזיית PM בתוך בית סגור יחסית פרה. לכן, אנו מזהים ריכוזים שונים, גודל הפצות PM ב 4 חודשים שונים. חוץ מזה, התנאי הסניטריים, האכלה שיטת ופעילות בבעלי חיים היו שונים בין ארבעת סוגי piggeries, אשר עשויה להשפיע גם על מבנה הקהילה שלהם של חיידקים culturable באוויר (איור 4).
עם זאת, במחקר זה, בעיקר התמקדנו על שיטות זמינות שנוכל להשתמש בו כדי ללמוד את ההרכב ואת ההפצה של bioaerosols בתנאים סביבתיים שונים. לעומת דגימות חיידקים אחרים, אלה של מיקרואורגניזמים באוויר יש ריכוזים נמוכים מאוד, מעורבבים עם מספר גדול של זיהומים, כמו חלקיקי אבק אי-אורגנית, אשר מציגים קשיים מסוימים במהלך זיהוי ואוסף כזה מיקרואורגניזמים21. לכן, כדאי לבחור שיטות המתאימות של אוסף וזיהוי אירוסולים מיקרוביאלי. האוסף של דוגמאות תרסיס חיידקים מתבצע בדרך כלל באמצעות השיטה משקעים או ציוד מיוחד כדי לאסוף את המיקרואורגניזמים דגימה נוזלי, מוצק למחצה או מלא בינוני22,23,24 . לאחר מכן, כמה טיפול טכני המתאים ולא ספציפי בדיקות וניתוח לאחר מכן מבוצעות25. המדיום דגימה כדאי לשמור מיקרואורגניזמים שלם כדי להפחית את השגיאה המשויכים זיהוי, ניתוח26. אולם, תרסיס שונים מיקרואורגניזם דוגמי יש השפעות שונות על השלמות של דגימות בשל דגימה אחרת העקרונות שלהם מדיה. אנשים עיצבו סוגים רבים של דוגמי bioaerosol המשתמשות עקרונות דגימה שונים, כגון פקק אינרציאלית, סינון ההתנגדות למשקעים27.
להשפיע על דוגמי יכול לדחוף PM באוויר לתוך האמצעי דגימה במהירות גבוהה באמצעות ציוד חילוץ. ישנם שני סוגים של להשפיע דוגמי: הנוזלית. מוצק להשפיע דוגמי יכול לשמש כדי מדגם bioaerosols-ריכוז נמוך, יכולים להיות כמעט אטום לאוויר לזרום28. יכול להיות מוקרן preliminarily תרסיס חלקיקים בגדלים שונים, ניתן לטעום חיידקים ישירות לתוך המדיום תרבות, אשר מגביר את שיעור ההישרדות של מיקרואורגניזמים culturable10. בשל ההשפעה אינרציאלית, תרסיס חיידקים החלקיקים מתנגשים בקלות באותו אתר, מושבות לחפוף בקלות אחרי תרבות. כיום, הדוגם והשפעתן מוצק הנפוץ ביותר הוא הדוגם תרסיס חיידקים אנדרסן-6. במחקר זה, השתמשנו סמפלר שש-שלב של אנדרסן ללמוד את החיידקים culturable מופץ ב- PM מוטס בגדלים שונים.
תרסיס ציקלונית דוגמי להשתמש הציקלונים ספירלה לאוויר במהירות גבוהה לתוך גליל או חרוט. ניתן להפריד בין חלקיקים Bioaerosol של זרימת האוויר על ידי כוח צנטריפוגלי, מה שאומר כי חיידקים יכולים להיתקל בקיר הפנימי של הדוגם, ואז להיות שנאספו על ידי המאגר הדגימה. בשיטה זו הוא נוח והוא יכול לשמש עבור זמן דגימה פעמים בזרימה גדול ולדגום פעולות. עם זאת, שיטה זו אינה ניתנת למימוש בטמפרטורות נמוכות כי הפעולה אינה תלויה נוזלי. הדוגם תרסיס ציקלונית השתמשו במחקר זה הוא דוגמאות ציקלונית קיר שנרטבו תרסיס זה יכול לחלץ ולהעביר פתוגנים באוויר חלקיקים מהאוויר שנדגמו לאמצעי אחסון קטן של מים עבור ניתוח29.
דוגמי מסנן יכול לעבוד בתנאי טמפרטורה נמוכה, תוכלו לטעום חלקיקים מעל גודל מסוים. עם זאת, השפעה רבה על פעילות מיקרוביאלית והם נוטים לגרום נזק, אשר תשפיע באופן משמעותי מחקרים מאוחרים יותר על דגימה פעילות. במחקר זה, bioaerosol דוגמאות מהימים מעורפל בייג’ינג נאספו באמצעות דוגמאות אוויר בנפח גבוה עם מסננים והן דוגמאות ציקלונית תרסיס. מטרת ניסוי זה היה מנתח את ההרכב הביולוגי של PM ללא ההפרדה, culturing של חיידקים באוויר. לכן, שתי שיטות הדגימה אלו היו מתאימים למחקר זה. שיטת סמפלר תרסיס ציקלוניים, חיידקים באוויר-ריכוז נמוך ניתן לחלץ בקלות לתוך המאגר המצטבר, אז יכול להיות מנותח בנוחות ללא טיפול נוסף המשמש בדרך כלל עבור מסנן דגימות. מחקר זה, אלה שתי שיטות הדגימה, תרסיס ציקלונית סמפלר, מסנן סמפלר, הראה יעילות דגימה שונים. הטיפול נוסף המשמש בדרך כלל עבור מסנן במדגמים, כגון שחזור הדגימה המסנן, הוא אחד ההבדלים העיקריים בין שתי השיטות. . חוץ מזה, דגימות אוויר נאספו ישירות לתוך המאגר פועל באמצעות תרסיס ציקלונית סמפלר בעוד השיטה אחרים אספו דגימות על מסננים. מאפייני סוג שונה של שיטת הדגימה עלולה לתרום זה יעילות דגימה שונים. אנחנו יכולים להניח הדוגם תרסיס ציקלונית הוא בחירה טובה יותר עבור אוסף מיקרואורגניזם, הנחה זו צריך אישור נוסף.
במחקר זה, שימשו חיידקי מטוסי אף-16 rDNA ורצף פטרייתי ITS האזור לשם ביצוע הניתוח הביולוגי של bioaerosols. רצף 16SrDNA היא הקביעה של מטוסי אף-16 rDNA מקטעים בתוך הגנום מיקרוביאלי30. מטוסי אף-16 rDNA קיימת באופן נרחב אאוקריוטים עם שימור גבוהה וספציפיות, מה שהופך את זה שימושי עבור זיהוי מינים מיקרוביאלי31. רצף הגנום השלם דורש רק הפקת דנ א גנומי ורצף עוקבות. בנוסף לייצור כמות גדולה של נתונים, תהליך זה מאפשר גם ניתוח מקיף יותר של מבנה הקהילה מיקרוביאלי. חוץ מזה, metagenomics יכול לשמש גם בתחום זה של מחקר על-ידי מתן מידע נוסף בעתיד. הנדלסמן. ואח הציע לראשונה את המושג metagenome עבודה 1998 על חיידקים ב אדמה32. מחקרים מאוחרים יותר, המושג metagenome התקבל בהדרגה, מחקרים רבים בוצעה על החיידקים כללו את האדם בטן, האוקיינוס ואת אדמת33,34,35. עם התמיכה של תפוקה גבוהה רצף טכנולוגיה, metagenomics פיתחה במהירות, זה ממלא תפקיד חשוב יותר ויותר במחקר של זיהוי הפתוגן. שיטות מחקר מיקרוביאלי מסורתי להסתמך בעיקר על תרבות הפרדה וטיהור. עם זאת, מחקרים רבים לא יכול להתבצע כי לא יכול להיות תרבותי יותר מ 99% של חיידקים. לעומת שיטות מסורתיות, metagenomics יכול לקחת את המידע הגנטי של כל החיידקים הסביבה בכללותה ללא צורך להפריד בין אורגניזמים נפרדים36. ניתוח מקיף של כל מיקרואורגניזמים וכתוצאה מכך יכול להתבצע ישירות.
לסיכום, במחקר זה הראו מספר זיהוי, דגימה ושיטות ניתוח שיכול לשמש עבור מחקרים על ההרכב הביולוגי של הסביבה PM, כולל ניטור; PM PM מדגם על ידי סמפלר שש-שלב של אנדרסן, דוגמאות אוויר בנפח גבוה עם מסננים או תרסיס ציקלונית סמפלר; לאחר מכן ניתוח ביולוגי המבוסס על רצפי DNA. בפועל, ניתן להשתמש בשיטות אלה תחת תנאים סביבתיים שונים, כגון סוגים רבים של חוות חיות משק. פרוטוקולים ותוצאות שלנו עשוי לסייע לחוקרים אחרים בכל רחבי העולם להמשיך לחקור את ההשפעות הבריאותיות של bioaerosols פטריות, חיידקים בסביבה.
The authors have nothing to disclose.
תמיכה כספית למחקר הזה הגיע מסין נבחרת מדעי הטבע קרן של (מספר 41775148) התורמים שחיים היה אין תפקיד תכנון המחקר, איסוף נתונים, ניתוח, ההחלטה לפרסם או אופן ההכנה של כתב היד.
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 |