京津冀城市揚塵中有「超級細菌」？南開學生來「起底」

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關注城市揚塵中的「隱形殺手」

對於揚塵人們似乎並不陌生。但是，除了不同粒徑的顆粒物和化學污染物外，揚塵中是否還暗藏著隱形的「微生物殺手」呢？世界環境日之際，南開大學一本科生科研團隊從事的一項，針對京津冀地區城市揚塵中抗生素抗性細菌及抗性基因的研究正式結題。研究結論引起了公眾對於揚塵攜帶「超級細菌」的關注。據稱，這是第一次提供直接證據表明抗生素抗性基因和季節性細菌群落存在於中國城市揚塵中。

城市揚塵中存在的大量細菌，特別是致病菌、抗生素抗性菌，將對人體健康將會產生直接危害。人類每天的戶外活動意味著吸入數以萬計的微生物，特別是在華北地區的大城市嚴重空氣污染的時期，這個數字會成倍增加。國際頂尖醫學雜誌《柳葉刀》刊登的一項研究顯示，2010年亞洲共有超過210萬人死於空氣污染，而2013年的濃霧霾事件覆蓋了中國超過140萬平方公里的國土。

同時，抗生素抗性基因作為一種新的環境污染物，逐漸引起了人類的關注。如果城市揚塵中攜帶的人體致病菌或噬菌體中含有抗生素抗性基因，被吸入人畜體內後，將會引起難以控制的細菌性疾病。因此對空氣顆粒物中抗生素抗性基因的研究也迫在眉睫。

「然而，目前全球範圍內的科學家對城市揚塵的研究主要集中在化學污染物上，而對其中的生物信息研究甚少，使得人們對城市揚塵中攜帶的病原菌、過敏原等危害人類健康的物質了解微乎其微，也難以評估城市揚塵對人體生物危害的風險。」課題負責人、南開大學環境科學與工程學院2013級本科生周昊說。

能否通過一些科學手段，對城市揚塵中的生物信息進行統計分析，進而得到其中細菌及抗生素抗性基因在夏季和冬季的豐富度和分布情況？這將有助於定量評估揚塵中有害生物體的變化形態和種類分布，促進社會對城市揚塵污染的關注及對城市揚塵污染的治理。

帶著這一想法，周昊聯合同學曠宇、李昭環組成科研團隊，申請了南開大學本科生創新科研計劃之國家級大學生創新訓練項目，並邀請抗生素環境污染專家、南開大學環境科學與工程學院教授羅義擔當指導教師。

從2015年4月開始，周昊團隊歷時兩年，分別在夏季和冬季，從華北地區主要城市：北京、天津、石家莊的火車站、醫院、商業、住宅、教育等5個功能區各類建築表面收集揚塵樣本，研究其中的細菌和相關的抗生素抗性基因（ARG）和抗生素抗性細菌（ARB）。團隊還結合細菌培養和細菌種屬鑒定等方法，獲得了京津冀城市表面揚塵細菌群落和抗生素抗性基因（ARGs）分布的數據，以及城市土地利用類型和季節差異是否影響ARG分布和細菌群落結構的模式。

圖為基於加權Unifrac方法的北京、天津、石家莊三個城市的夏季（A）和冬季（B）的每個樣品的微生物組的PcoA分析

研究發現，京津冀城市揚塵中確實大量存在著種類繁多的細菌以及抗生素抗性基因和抗生素抗性細菌，即所謂的「超級細菌」。同時，上述微生物分布呈以下規律：細菌、抗生素抗性基因豐富度夏季顯著高於冬季；夏季人口密集的商業區細菌多樣性最高，冬季則是火車站地區細菌多樣性最高，人口密度最低，交通量較少的教育區細菌丰度明顯較低；細菌多樣性沒有顯著的季節性變化。

值得注意的是，經過細菌培養後，研究團隊發現，所有樣品均具有可培養的微生物，夏季樣品中的可培養微生物數量遠高於冬季。當測試從相同樣品培養的微生物時，100％的夏季和67％的冬季樣品產生對標準抗生素耐受的菌落。

「我們共分離64株，其中夏季為41株，冬季為23株，通過16S rRNA測序鑒定菌種,共觀察到18個屬。Kocuria marina存在於我們的菌種鑒定結果中，報告為機會性病原體並引起腹膜炎，表現出對五種標準抗生素的抗性，對城市居民和工人構成高風險。我們還分離了在臨床研究中報道的其它多葯耐藥性機會性病原體，包括潛在誘導菌血症的硫酸芽孢桿菌和能感染人體重要免疫細胞--巨噬細胞的一些志賀氏菌。」周昊說。

圖為糞腸球菌（資料圖來自bioquell biology）

揚塵微生物的群落結構顯示，居住在天津的人們在呼吸時可能暴露於大量腸球菌中，特別是包括糞腸球菌和屎腸球菌在內的一些被認為是腸道的正常共生體，正迅速作為病原體出現在醫院臨床感染中，嚴重危及被感染人群的生命健康 。「根據我們目前的了解，這是在中國大城市表面發現高丰度腸球菌的第一次報告。」周昊說。

「揚塵在北方城市乾燥的冬季經常出現，不僅冬季，今年春季（5月5日）剛剛發生的一場『顆粒物豪華套餐』就包括揚塵污染。通過我們的研究發現城市揚塵中含有大量的病原菌攜帶耐葯基因，這些抗生素殺不死的細菌，將藉助揚塵大面積快速傳播，這將對人類健康帶來危害。」羅義教授表示，該研究提醒公眾和環境部門，污染的城市空氣中包含很多威脅人類健康的「隱形殺手」，應進一步重視城市揚塵污染以及抗生素污染的治理。

來源：南開大學新媒體中心

記者：吳軍輝

編輯：王俞萱

審校：吳軍輝

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