研究人员开发了纽约市地铁系统的微生物组图

　　威尔康奈尔医学院的研究人员今天公布了一份纽约市范围内的微生物组图，显示纽约市地铁系统中的微生物大多是无害的，但其中包括对药物有抗药性的致病细菌样本，甚至还有与炭疽和黑死病有关的DNA片段。

　　这项发表在《纽约时报》上的研究表明，开发一个城市的“病原体地图”——被称为“病原体地图”——是可能的，也是有用的，用交通繁忙的地铁来代表纽约的人口。该研究的高级研究员Christopher E. Mason博士说，这是一个基线评估，重复采样可以用于长期，准确的疾病监测，减轻生物恐怖主义威胁，以及纽约的大规模健康管理。他是威尔康奈尔大学生理和生物物理系和阿尔瓦利德·本·塔拉勒·本·阿卜杜勒阿齐兹·沙特王子计算生物医学研究所(ICB)的助理教授。

　　梅森博士说，PathoMap的研究结果总体上是令人放心的，表明没有必要避开地铁系统或使用防护手套。在他和他的合作者检测到的637种已知细菌、病毒、真菌和动物物种中，大多数是非致病性的，代表了人类皮肤和人体上存在的正常细菌。培养实验显示，所有被测试的地铁站点都有活细菌。

　　引人注目的是，他们收集的DNA序列中约有一半无法识别——它们与国家生物技术信息中心或疾病控制与预防中心已知的任何生物体都不匹配。这些代表了纽约人每天接触的生物，但直到这项研究才被描述和发现。这些发现强调了科学探索的巨大潜力，这些潜力在很大程度上仍未被开发，但就在科学家的指尖之下。

　　梅森博士说:“我们的数据显示，在这些人口密集、交通繁忙的交通区域，大多数细菌对人体健康是中性的，其中大部分细菌通常存在于皮肤或胃肠道中。”“这些细菌甚至可能是有益的，因为它们可以战胜任何危险的细菌。”

　　但研究人员也表示，他们取样的12%的细菌物种与疾病有一定的联系。例如，他们收集的样本中有27%存在活的耐抗生素细菌。他们检测到两个样本中含有炭疽菌的DNA片段，三个样本中含有与黑死病相关的质粒——两者的水平都很低。值得注意的是，这些DNA片段的存在并不表明它们是活的，培养实验也没有显示它们是活的证据。

　　梅森博士说，这些明显致命的微生物与广泛传播的疾病或疾病无关。“相反，他们可能只是共享城市基础设施和城市的共同居民，但需要更广泛的测试来确定这种情况在其他城市有多普遍。”

　　例如，自2013年6月PathoMap项目启动以来，纽约市未报告一例鼠疫病例。

　　梅森博士说:“尽管发现了致病微生物的痕迹，但它们的存在还不足以对人类健康构成威胁。”“这些微生物的存在和缺乏报告的病例确实证明了我们身体的免疫系统，以及我们天生的不断适应环境的能力。”

　　他补充说:“PathoMap还为整个城市建立了第一个基线数据，揭示了低水平的病原体是这种环境的典型特征。”“虽然这在农村环境中是预料之中的，在牲畜中也存在，但我们以前从未在城市中看到过这样的水平。我们现在可以监测这种平衡的微生物生态系统的变化和潜在威胁。”

　　“跳入未知”

　　科学家们现在认为，存在于人类体内、身上和周围的微生物多样性是整体健康的重要组成部分。在普通人身上，微生物的数量是人体细胞的10倍，这些微生物处理的产物占血液中活性小分子的三分之一以上。这种集体微生物群被认为通过加剧或抵抗传染病、控制肥胖风险和调节代谢率来影响健康。

　　然而，人们对街道、建筑物或公共交通区域人们周围的天然微生物群落知之甚少。

　　在这项研究中，研究小组——包括来自纽约市其他五家医疗中心的调查人员，以及来自全国各地和国际上的其他调查人员——试图确定纽约市地铁系统中的微生物群。根据纽约市大都会交通管理局(Metropolitan Transportation Authority)的数据，2013年，纽约市地铁系统平均每天有550万人使用。在过去的17个月里，这个团队——其中许多是学生志愿者、医学院学生和研究生——在五个行政区24条地铁线路的所有开放地铁站的旋转门、木制和金属长凳、楼梯扶手、垃圾桶和报亭里，用尼龙棉签收集了一式三份的DNA。研究小组还从火车内部收集了样本，包括座位、车门、扶手和扶手。研究人员目前正在分析在所有四个季节收集的额外样本，以研究微生物组的时间动态。

　　样本采集人员配备了一款由研究人员开发的移动应用程序，该应用程序允许他们对每个样本进行时间标记，使用全球定位系统进行标记，并实时记录数据。微生物的DNA是使用威尔康奈尔表观基因组学设施和哈德逊阿尔法生物技术研究所最先进的研究技术进行测序的。他们对收集的4200多个样本中的1457个样本进行了测序，并在ICB中对结果进行了分析。

　　“我们对地铁表面上的东西有我们的假设，它反映了一个庞大、多样、繁忙的大都市，但我们真的不知道我们会发现什么，”共同主要作者易卜拉欣·阿夫辛内库说，他是麦考利荣誉学院皇后区的一名大四学生，2013年作为三机构计算生物学和医学暑期学生开始参与这个项目。

　　所有样本中的大部分DNA(48.3%)与任何已知的生物都不匹配，“这突显了城市地区普遍存在的未知物种的巨大财富，”阿夫辛内库说。

　　最常见的生物是细菌(46.9%)。尽管一些乘客担心从其他乘客那里感染感冒或流感，但病毒是罕见的——它们占样本的0.032%。然而，一些季节性病毒是RNA病毒，而不是DNA病毒，它们无法用研究中使用的收集方法进行鉴定。

　　研究人员报告说，在已知的细菌中，在地铁表面发现的大多数细菌(57%)从未与人类疾病有关，而大约31%的细菌是可能对免疫功能低下、受伤或疾病易感人群构成健康风险的机会性细菌。剩下的12%有一定的致病性。

　　他们发现，地铁的每个区域都有几十种独特的微生物物种，不同地铁线路的微生物多样性也有很大的差异。布朗克斯的种类最多，发现的物种最多，其次是布鲁克林、曼哈顿和皇后区。斯塔顿岛的生物多样性最少。

　　“我们绘制了地图，详细描述了城市每个地区存在的生物，创造了大都市的分子肖像，”威尔康奈尔医学院博士后杰姆梅丹博士说。

　　尽管在人流量大、接触多的地区取样，研究人员发现，平均只有0.2%的读数与人类基因组有独特的关系。使用AncestryMapper和admix等工具，调查人员提取了人类等位基因，并重新创建了特定地铁站或社区的人口普查数据。他们的结果表明，地铁表面留下的人类DNA的痕量水平可以重现美国人口普查的数据。例如，曼哈顿唐人街附近的一个西班牙裔地区似乎拥有亚洲和西班牙裔人类基因的强烈混合。北哈莱姆的一个地区显示出非洲和西班牙裔基因，而以白人为主的布鲁克林地区预计将是芬兰人、英国人和托斯卡纳人。

　　梅森博士说:“这提供了一种法医能力，可以了解过境车站的人的祖先，这意味着人们留下的DNA可以揭示该地区人口统计的线索。”

　　研究人员还将他们的微生物数据与美国人口普查数据以及MTA的平均乘客数据进行了比较。他们发现这两个变量与地铁上的微生物密度之间存在轻微的正相关关系，这表明一个地区的人越多，细菌的种类就越多样。

　　梅森博士说，像纽约的PathoMap这样的努力可以很容易地应用到其他城市，为疾病和威胁监测提供一种新的工具。“随着测序技术的进一步发展，我相信有一个追踪潜在病原体水平的活体模型是可能的，”他说。我认为PathoMap将是这一模式的第一步。”

　　基于PathoMap的初始数据和进一步研究人员调查大型复杂城市微生物组的目标的项目已经在进行中。全国各地的合作者从14个州的机场、地铁、交通枢纽、出租车和公园收集了样本，包括新泽西州、马萨诸塞州、马里兰州、佛罗里达州、伊利诺伊州、德克萨斯州和加利福尼亚州。通过对这些样本的DNA进行测序，梅森博士希望能够首次对美国主要城市进行比较，将城市和农村、高密度和低密度环境进行比较。

　　超级风暴桑迪的影响

　　研究人员还与MTA合作，进入2012年被超级风暴桑迪淹没的南渡轮站，在采样期间仍处于关闭状态。(该站于2013年4月重新开放。)梅森博士的团队对空间站的墙壁和地板进行了采样，发现了10种细菌，这些细菌在空间站的其他地方是找不到的。值得注意的是，所有这些物种通常都是在海洋或水生环境中发现的。

　　“地铁的墙壁仍然带有飓风的回声，你可以在微生物群中看到它，”梅森博士指出。“最大的问题是——它会持续多久?”这对健康和地铁建筑环境的设计有何影响?这就是为什么我们从一开始就一直在取样和擦拭。时间动态是关键。”

　　资料来源:威尔康奈尔医学院