当Chris Mason的女儿还是个幼儿时,他饶有兴趣地看着她在纽约市地铁的表面上触摸。然后有一天,她舔了一根杆子。'有一个明显的微生物交换,' Mason说,他是威尔康奈尔医学院的遗传学家。'我非常想知道发生了什么。' 所以他开始对地铁进行拭子采样,研究与我们交通系统中的人共存的微生物世界。在他的2015年研究揭示了纽约市中大量未知物种后,其他研究人员联系他以贡献他们的研究。
现在,Mason和数十名合作者发布了他们对全球60个城市(从巴尔的摩到哥伦比亚的波哥大,再到韩国的首尔)的地铁、公交车、高架列车和有轨电车的研究。他们发现了成千上万种新的病毒和细菌,并发现每个城市都有独特的微生物'指纹'。
这项研究是'极好的',利物浦热带医学院的微生物学家Adam Roberts说,他并未参与这项研究。
尽管较小的研究已经研究了个别城市或交通系统,但这个新项目比之前的任何项目都要大得多,允许它探索新的问题。'他们做了一项了不起的工作,把这些都整合在一起。我认为这些数据将在未来几十年内被分析。' 为了对全球交通微生物群进行全球快照,Mason和他的合作者首先需要弄清楚如何一致地收集样本。他们决定对所有交通系统中常见的物体进行拭子采样:长椅、旋转门和售票亭。
科学家们对表面进行了3分钟的拭子采样,这足够长以获取足够的DNA,但又不至于让研究人员和旁观者感到不适,Mason说:'这是DNA产量和社会不适之间的完美平衡。'
回到实验室,研究人员分析了DNA。他们发现大约45%的DNA与任何已知物种都不匹配:近11,000种病毒和1302种细菌对科学来说是新的。
研究人员还发现了一组31种物种,这些物种在97%的样本中都有出现;这些形成了他们所谓的'核心'城市微生物群。进一步的1145种物种在超过70%的样本中出现。从人们接触的表面(如扶手)采集的样本更有可能含有与人类皮肤相关的细菌,相比之下,窗户等表面的样本则不然。混合物中的其他常见物种是通常在土壤、水、空气和灰尘中发现的细菌。
但研究人员还发现了一些不太普遍的物种。这些物种为每个城市提供了独特的微生物群——并帮助研究人员以88%的准确率预测随机样本来自哪个城市,他们今天在《细胞》杂志上报告说。例如,在纽约市,他们发现了很多Carnobacterium inhibens,这是一种对低温高度耐受的产生乳酸的细菌。Mason说,随着更多研究,像这样的独特城市指纹可能对法医学有用。
这项研究的主要价值并不在于其发现(这些发现在这里被映射),而在于其开放数据,可在metagraph.ethz.ch上获得,科罗拉多大学博尔德分校的微生物学家Noah Fierer说,他并未参与这项研究。这将给其他研究人员机会深入研究新问题。'不同的城市有不同的微生物群落,' Fierer说。'这并不超级令人惊讶。对我来说,问题是,为什么?'
尽管有些人可能担心隐藏在我们城市中的微生物,但Mason说,结果描绘了一幅相对安全的画面。例如,抗菌药物抗性基因在交通样本中的存在水平远低于人类肠道或医院样本中的存在水平。相反,Mason看到了'对大众交通系统作为未探索和非凡生物多样性来源的敬畏和兴奋'的机会。他说,新发现的物种有可能用于药物研究,而大规模的城市微生物群的映射和监测将对公共卫生大有裨益,帮助研究人员早期发现新兴病原体。
直到最近,监测城市微生物群的想法还是'古怪的',而且成本高得令人望而却步。但现在,人们可以看到它可能有多么有用:Mason指出,如果全球的研究人员一直在分析RNA样本,他们可能已经看到了大流行冠状病毒的出现。'如果我们一直在寻找呢?'