Пробы воздуха, взятые на высоте до 3000 метров над Японией, выявили наличие широкого спектра микробов, некоторые из которых потенциально патогенны для человека, переносимых на тысячи километров аэрозолями, возникающими на северо-востоке Китая.
Анализ проб воздуха, взятых на высоте до 3000 метров над Японией, выявил наличие широкого спектра жизнеспособных бактерий и грибков, переносимых воздушными массами, берущими начало более чем в 2000 километрах, в регионах, обогащенных удобрениями и пестицидами. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , раскрывает новый способ, которым патогены человека, животных и растений могут перемещаться в отдаленные географические регионы. Это исследование было проведено Барселонским институтом глобального здравоохранения (ISGlobal), центром, поддерживаемым фондом «la Caixa», в сотрудничестве с частным фондом Даниэля Браво Андреу (FPDBA).
Патогены могут переноситься по воздуху, но мало что известно о разнообразии микробов, которые могут выживать на очень больших высотах, где условия суровые.
«Мы знаем, что выше определенной точки в тропосфере (называемой планетарным пограничным слоем) определенные материалы могут переноситься на большие расстояния, поскольку воздух в этой области изолирован от поверхности и там меньше трения. Но мы не подозревали, что там могут быть и жизнеспособные микроорганизмы», — говорит Хавьер Родо, исследователь ICREA в ISGlobal.
«Наше исследование уникально тем, что мы выполнили 10 тропосферных полетов для изучения микробного разнообразия на больших высотах, в то время как большинство исследований проводились всего в нескольких метрах над землей или океаном», — добавляет он.
Используя самолет Cessna, Родо и международная группа коллег провели десять воздушных исследований на высоте от 1000 до 3000 метров над Японией, начиная с аэропорта Тёфу недалеко от Токио. Все полеты были спланированы так, чтобы отслеживать потоки воздуха, идущие с материковой Азии по так называемым тропосферным мостам, которые соединяют воздух из отдаленных регионов мира; в данном случае воздух, который поднимается в материковом Китае, а затем опускается над Токио из-за типичных зимних погодных условий. Для сравнения образцы также собирались на земле в Тёфу. Всего было проанализировано 22 образца аэрозольных фильтров, собранных в течение двух периодов (февраль и апрель 2014 г.), на предмет их химического и биологического состава.
Секвенирование ДНК позволило исследовательской группе идентифицировать более 266 грибковых и 305 бактериальных родов, связанных с аэрозолями, некоторые из которых потенциально патогенны для людей, других животных или растений. Например, были идентифицированы такие виды бактерий, как Escherichia coli, Serratia marcescens, Clostridium difficile, Clostridium botulinum, Haemophillus parainfluenzae, Acinetobacter baumannii и несколько видов Staphylococcus , а также виды грибков из таких родов, как Candida, Cladosporium и Malassezia , способные вызывать заболевания у восприимчивых и иммунодефицитных лиц.
Культивируя некоторые образцы, исследователи показали, что бактерии, собранные из воздуха, оставались жизнеспособными , а некоторые из них были устойчивы к обычно используемым антибиотикам . «Удивительно, но выделенный штамм Micrococcus luteus оказался устойчивым ко многим препаратам, включая карбапенемы, гликопептиды, ципрофлоксацин и триметоприм-сульфаметоксазол. Наши результаты свидетельствуют о том, что устойчивость к противомикробным препаратам может распространяться на большие расстояния по этому ранее нераспознанному пути», — говорит Софья Подзнякова, соавтор исследования.
Связь этих аэрозолей с определенными элементами, такими как сульфат цинка и калий , которые обычно используются в удобрениях и пестицидах, предполагает их сельскохозяйственное происхождение , что соответствует интенсивно возделываемым пахотным землям на северо-востоке Китая.
Наконец, в дни отбора проб образцы с воздуха и с земли были очень похожи с точки зрения микробного разнообразия, что можно объяснить тем, что воздух опускается с больших высот к земле. Модели переноса частиц, смоделированные Роджером Курколлом, в настоящее время исследователем в Политехническом университете Каталонии — BarcelonaTech (UPC), подтвердили как возможный перенос этих частиц с северо-востока Китая, так и снижение тропосферных воздушных масс до суши в Японии.
«Наши результаты раскрывают богатое и беспрецедентное разнообразие микробов, которые распространяются потоками воздуха на тысячи километров от своих источников с помощью интенсивных туннелей ветра, которые формируются высоко в тропосфере», — говорит Родо. «Они представляют собой смену парадигмы в нашем понимании того, как здоровье человека может быть затронуто патогенами, процветающими в окружающей среде, особенно в воздухе».
Хотя исследование не доказывает причинно-следственную связь между наличием известных человеческих патогенов в аэрозолях и последствиями для здоровья, оно подчеркивает необходимость дальнейшего изучения распространения различных микробных патогенов на большие расстояния.
