最新发现 | 空气或可传播病毒的原因原来是这个，战疫环境监测很必要

基因慧 2020年03月6日12:01

3月3日，最新公布的第七版《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》显示，在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下中存在经气溶胶传播的可能。病毒是否可以通过气溶胶传播？是如何进行传播的呢？最新的一项研究可能解开其中部分谜团。

文章/基因慧（公众号：GeneClub-1)

供稿/文章一作编辑/Whiteney

关键词/空气颗粒物新冠肺炎

封面图/NVIC

疫情期间空气中检测到新冠病毒

国家卫健委《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》中提到，在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下中存在经气溶胶传播的可能。病毒是否可以通过气溶胶传播？
基因慧曾报道吉林大学第一医院华树成教授团队研究（详情），发现在重症监护病房的空气和疑似患者隔离区的护士站表面检测到了新冠病毒，空气样本的新冠病毒阳性率分别为3.57％（1/28），表面样品的阳性率为0.77％（1/130），总阳性率为1.26％。
如果病毒通过气溶胶传播，传播的可能方式是什么呢？

△图1：来源/文章一作研究团队，下同微生物组科学家进一步研究发现，空气颗粒微生物来源很多，其复杂的物种进化关系和功能多样性可与土壤和水环境相提并论，共发现了702种细菌、27种真核生物、56种病毒和14种古细菌。其中病毒约占3%。
空气传播中的微生物，多以痤疮丙酸杆菌、大肠杆菌、鲁式不动杆菌、嗜淀粉乳杆菌和罗伊氏乳杆菌以及几种病毒占主导。下面我们来看看这项研究的详情

最新研究：空气颗粒物容纳与健康相关的微生物

△ 图2：来源/Genome biology

近日，同济大学附属第十人民医院秦楠研究员与清华大学朱听教授、加州大学圣地亚哥分校Jack Gilbert教授联合研究，在Genome biology上发表了最新的研究成果Longitudinal survey of microbiome associated with particulate matter in a megacity。

通过对2012年10月和2013年3月的6个月期间，北京空气中PM2.5和PM10的106个样品（覆盖北京几次严重的雾霾事件）进行了纵向宏基因组调查，揭示了空气颗粒物可容纳丰富且动态的微生物，包括与潜在健康问题相关的一系列微生物，或可传播人类致病菌。

大家熟知的PM2.5和PM10究竟是什么？

PM2.5和PM10是空气中人体可吸入、直径分别是≤2.5 μm和≤10 μm的颗粒物，其中PM10可进入上呼吸道，而PM2.5由于颗粒更为细小、可入肺。
长期吸入这些小妖精会损坏呼吸道，会诱发慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘等，对人类健康都存在潜在威胁。

空气颗粒附着微生物的分布

相较于直径较小的PM2.5颗粒，PM10颗粒有更多物种与空气污染物浓度相关，且多数物种百分比在低空气质量和高空气质量间存在显著差异。
将微生物组成的差异校正距离（Bray-Curtis距离）与主要的气象学因素相关联，发现气温和露点温度与PM样品中物种组成相关性最强（图3b）。研究者还发现在PM2.5颗粒和PM10颗粒样品中存在人类病原体DNA片段，这些有害微生物的序列数仅与PM浓度呈弱相关性（图3c）；一些病原体的相对丰度在1月份出现了显著的高峰，这也与研究期间最严重的雾霾事件相吻合。

△图3：空气颗粒物相对丰度较高的微生物种类及其与气象学因素的相关性分析、

其中的病原体包括许多人类共生菌、潜在的人类病原体，如Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Stenotrophomonas maltophilia（嗜麦芽窄食单胞菌）、Talaromyces marneffei（马尔尼菲篮状菌），以及潜在的鸡相关病原体，如Gallid herpesvirus（禽疱疹病毒）、avian endogenous retrovirus（禽内源性逆转录病毒，AEV）。

空气颗粒微生物具有更丰富的耐药基因

随着空气污染水平（雾霾严重程度）的增加，潜在的病原菌数量及其对抗生素的耐药性增加，促进了人在病原菌及抗性基因环境下的暴露，极有可能加剧了疾病（特别是呼吸系统疾病）的发生。

相较于人体肠道和海洋之中存在的微生物群，空气颗粒微生物具有更丰富的耐药基因（即更难被抗生素杀死）。研究者鉴定了可能对35种抗生素产生耐药性的基因。结果发现，在整个研究期间，编码抗生素抗性基因的比例保持稳定，且抗生素抗性基因（ARGs）的RPKM值（每百万reads中来自于ARGs基因每千碱基长度的reads数，用于描述ARG基因的转录水平）在PM2.5颗粒和PM10颗粒间没有显著差异（图4a，b），这表明在这种环境下普遍的选择压力。

△图4：两种类型PM及与人肠道、海洋微生物含有的抗生素抗性基因和解毒基因比较分析

编码青霉烷类抗性基因在PM2.5颗粒和PM10颗粒中所占比例最大（图4c），而总体上TEM型β-内酰胺酶是最丰富的一类（图4d）。此外，研究者还发现了PM样品中的几种解毒基因，包括转运蛋白（ACR转运蛋白、MatE, MFS）、转肽酶和硫氧还蛋白，其中MFS 1基因占比最大（图4e，f）。
与人肠道微生物和海洋相关微生物相比，PM样品不同ARGs和解毒基因数量最大（校正后 P <0.01），但相应的RPKM值与人肠道微生物相同（图4g-j）。使用已发表的计算流程（与移动遗传元素(MGEs)相关的ARGs的百分比）评估PM样品中ARGs的风险。
移动遗传元件(MGEs)可以帮助耐药基因在不同的微生物之间水平转移，理论上移动遗传元件比例越高，空气颗粒上附着的微生物耐药风险越高。经统计，有982个(5.0%) contigs至少含有一个MGE，379个(1.9%) contigs包含多重耐药基因簇（MDRCs）。最值得注意的是，在雾霾最严重的1月份，ARG风险达到了一个显著的峰值。

环境监测对防控疫情很必要

截至3月6日，全国新冠肺炎确诊人数累计80585人，且已扩散至其他80余个国家地区，新冠病毒“战役”仍在进行中，加强疫情防控必须慎终如始。
空气的颗粒物（PM2.5及PM10，也就是大家熟悉的雾霾）中可容纳丰富且动态的微生物群，包括一系列与公共卫生安全相关的微生物，与人类生命健康息息相关。
对空气微颗粒中微生物动态监测，可评估空气中存在病原微生物，及由此产生的感染风险，结合当地流行病学，可为未来制定公共卫生安全事件（如新冠肺炎疫情）的防疫策略、降低暴露风险提供科学理论依据。
无独有偶，3月4日新加坡国家传染病中心Sean Wei Xiang Ong等人在JAMA 在线发表研究成果，通过机载感染隔离室内3名COVID-19确诊患者房内样本的检测结果，发现一名轻度上呼吸道受累的SARS-CoV-2患者对环境造成了广泛的污染：马桶和水槽样本均为阳性。
SARS-CoV-2患者通过呼吸道飞沫和粪便排出而对环境造成严重污染，表明环境是潜在的传播媒介，进一步支持环境监测尤其是空气微颗粒中微生物动态监测的必要性。

参考资料：

1）Nan Qin , Peng Liang , Chunyan Wu et al., Longitudinal survey of microbiome associated with particulate matter in a megacity, Genome Biology (2020) 21:55

2) Yanfang Jiang, Haifeng Wang, Shucheng Hua et al.,Clinical Data on Hospital Environmental Hygiene Monitoring and Medical Staffs Protection during the Coronavirus Disease 2019 Outbreak, doi: https://doi.org/10.1101/2020.02.25.20028043, Feb. 28,2020

3) Sean Wei Xiang Ong,, Yian Kim Tan, Po Ying Chia et al. Air, Surface Environmental, and Personal Protective Equipment Contamination by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) From a Symptomatic Patient, JAMA(2020)

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