Suche
Mein Konto
البكتيريا التي نتنفسها كل يوم
في دراسة حديثة نشرت في مجلة PNAS، قام الباحثون بفحص المجتمعات البكتيرية العالمية المحمولة جواً لفهم بنية مجتمعهم وأنماط التوزيع الجغرافي الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بفحص تفاعلاتهم مع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى على الأرض، وخاصة الموائل السطحية. التعلم: المجتمع البكتيري العالمي المحمول جواً - التفاعلات مع ميكروبيوم الأرض والأنشطة البشرية. مصدر الصورة: Lightspring/Shutterstock الخلفية الغلاف الجوي هو الموطن الميكروبي الأكثر نظافة على وجه الأرض، والبكتيريا المحمولة جواً هي المجتمعات الأكثر تعقيدًا وديناميكية التي تؤثر على الميكروبات الحيوية على الأرض. هناك أكثر من 1 × 104 خلية بكتيرية/م3 ومئات من الأصناف الفريدة في الهواء. وقد توصلت دراسات واسعة النطاق...
البكتيريا التي نتنفسها كل يوم
وفي دراسة نشرت مؤخرا في المجلة بناس قام الباحثون بفحص المجتمعات البكتيرية العالمية المحمولة جواً لفهم بنية مجتمعهم وأنماط التوزيع الجغرافي الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بفحص تفاعلاتهم مع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى على الأرض، وخاصة الموائل السطحية.
خلفية
الغلاف الجوي هو الموطن الميكروبي الأكثر نظافة على وجه الأرض، والبكتيريا المحمولة جواً هي المجتمعات الأكثر تعقيدًا وديناميكية التي تؤثر على الميكروبات الحيوية على الأرض. هناك أكثر من 1 × 104 خلية بكتيرية/م3 ومئات من الأصناف الفريدة في الهواء. قامت دراسات واسعة النطاق بتوثيق الخصائص الميكروبية في التربة والمحيطات والنفايات البشرية بشكل منهجي. وقد اقترحوا أيضًا وجود علاقة بين الميكروبات المحمولة جواً والبيئات السطحية. ومع ذلك، هناك نقص في الدراسات التي توثق الكائنات الحية الدقيقة المحمولة جوا، وخاصة فيما يتعلق ببنية مجتمعها.
الميكروبات لا تعيش في عزلة. وبدلا من ذلك، لديهم علاقات بيئية متعددة تتراوح بين التبادلية والمنافسة. ولذلك، فإن تحديد أنماط توزيعها الجغرافي الحيوي وتفاعلاتها مع الميكروبات الحيوية الأرضية الأخرى التي تحدد أصلها يمكن أن يسلط الضوء على آثار التغير المناخي/البيئي والأنشطة البشرية.
عن الدراسة
في هذه الدراسة، قام الباحثون أولاً بتطوير مجموعة بيانات عالمية عن البكتيريا المحمولة جواً لتقييم درجة القواسم المشتركة والعلاقات المتبادلة بينها. تضمنت مجموعة البيانات هذه 76 عينة من جزيئات الهواء تم جمعها حديثًا بالإضافة إلى 294 عينة تم جمعها للدراسات السابقة في 63 موقعًا حول العالم. تباينت مواقع أخذ العينات من حيث الارتفاع والجغرافيا وشملت مستوى سطح الأرض، وأسطح المنازل (ارتفاعها من 1.5 مترًا إلى 25 مترًا) وحتى الجبال التي يبلغ ارتفاعها 5380 مترًا فوق مستوى سطح البحر، والمدن الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية، والدائرة القطبية الشمالية النائية.
حصل الفريق على مجموعة البيانات للمقارنة من مشروع Earth Microbiome (EMP)، الذي جمع أكثر من 5000 عينة من 23 بيئة سطحية. يحتوي الكتالوج المرجعي للبكتيريا المحمولة جواً على أكثر من 27 مليون تسلسل جيني للريبوسوم RNA (rRNA) غير زائد عن الحاجة.
بالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون ببناء شبكة عالمية للتواجد المشترك للمجتمع المحمول جواً والتي تضمنت 5038 علاقة ارتباط مهمة (Spearman's ρ > 0.6) بين 482 وحدة تصنيفية تشغيلية مرتبطة (OTUs). OTUs هي وحدات تحليلية مجمعة حسب تشابه تسلسل الحمض النووي في البيئة الميكروبية. أخيرًا، استخدم الفريق نمذجة المعادلة الهيكلية (SEM) لدراسة الآليات التي تحرك المجتمعات الميكروبية. كما قاموا بحساب التأثير الإجمالي للمرشحات البيئية والتفاعلات البكتيرية على تصميم المجتمع.
نتائج الدراسة
تم اكتشاف 10897 نوعًا من 370 عينة هواء فردية، وكانت معظم التسلسلات البكتيرية تنتمي إلى خمس شعب. شكلت Firmicutes و Alphaproteobacteria و Gammaproteobacteria و Actinobacteria و Bacteroidetes 24.8٪ و 19.7٪ و 18.4٪ و 18.1٪ و 8.6٪ من هذه التسلسلات البكتيرية على التوالي. أظهرت علاقة الوفرة والإشغال (AOR) بين العينات التي يشغلها تصنيف بكتيري ومتوسط كتلته في الهواء العالمي منحنى سيني، مشابهًا للنمط المرصود لتوزيع الحياة البرية والنباتات على الأرض.
الهواء عبارة عن نظام بيئي ديناميكي حر التدفق يتيح النقل لمسافات طويلة للمجتمعات البكتيرية التي يدعمها. ومع ذلك، يبدو أن مجتمعها البكتيري مرتبط جيدًا بالبيئة المحلية، وخاصة مساهمات المصدر وظروف جودة الهواء الناتجة عن الأنشطة البشرية. أدى انخفاض تأثيرات الترشيح من البيئة وزيادة مساهمات المصادر المرتبطة بالإنسان إلى انخفاض أحمال الكتلة الحيوية، وارتفاع ترددات البكتيريا المسببة للأمراض، وزيادة زعزعة استقرار هياكل الشبكة.
والجدير بالذكر أن البكتيريا المحمولة جواً لم تكن مرتبطة بشكل وثيق مقارنة بنظيراتها في التربة السطحية والبيئات البحرية وكان متوسط اتصالها الداخلي 5.24. كان لديهم نهج تجميع عشوائي، وكان للطوبولوجيا مقاومة منخفضة للتغيير. تشير العلاقات البعيدة المرصودة والمجموعات الفضفاضة للشبكة إلى أن مجتمع البكتيريا المحمولة جواً من المرجح أن يتعطل اعتمادًا على الظروف البيئية، والتي تؤدي عادةً إلى تغييرات جذرية في التركيب البكتيري. تم استنتاج وظائف الأصناف البكتيرية في الغلاف الجوي بناءً على معلوماتها الوراثية في الموائل الأخرى.
كتاب أوميكس الإلكتروني
تجميع لأهم المقابلات والمقالات والأخبار من العام الماضي. تنزيل نسخة مجانية
وجد الفريق ارتباطات محتملة بين المجتمعات البكتيرية المحمولة جواً والموائل الميكروبية السطحية الأخرى. كانت الوفرة الإجمالية المقدرة للبكتيريا المحمولة جواً (1.72 × 1024 خلية) مماثلة لتلك الموجودة في الغلاف المائي وأقل بمقدار واحد إلى ثلاثة أوامر من الموائل الأخرى (مثل التربة).
من بين 23 موطنًا رئيسيًا للأرض تم فحصها في الدراسة الحالية، أظهر الهواء الأرضي تشابهًا أكبر مع البيئات البشرية والحيوانية، بينما أظهر الهواء البحري علاقة أوثق بالأنظمة المحيطية. علاوة على ذلك، أظهرت التقييمات المستندة إلى الأساليب البايزية أن خصائص البيئة السطحية المقابلة تحدد المصادر السائدة للبكتيريا المحمولة جواً. ومن الجدير بالذكر أن المصادر البشرية ساهمت بشكل أكبر في البكتيريا المحمولة جواً في المناطق الحضرية، وخاصة في المواقع البرية، وهي نتيجة تم تجاهلها إلى حد كبير في دراسات نمذجة الانبعاثات السابقة.
لم يجد الباحثون أي فروق ذات دلالة إحصائية في ثراء المجتمعات البكتيرية المحمولة جواً بين المناطق الحضرية والطبيعية ضمن نفس نطاق خط العرض. ومع ذلك، لعب الموقع الجغرافي دورا. كان تجانس المجتمعات البكتيرية في هواء المدينة أقل بكثير. على سبيل المثال، كانت الوفرة النسبية للأنواع المسببة للأمراض، مثل Burkholderia وPseudomonas، أعلى في المناطق الحضرية منها في المناطق الطبيعية (5.56 و2.50% مقابل 1.44 و1.11%). بالإضافة إلى ذلك، ساهمت البكتيريا بشكل أقل في كتلة الجسيمات في المناطق الحضرية مقارنة بالمناطق الطبيعية، مما يشير إلى أن التحضر زاد من نسبة الجسيمات غير البيولوجية في الهواء (مثل الغبار).
وكانت مسببات الأمراض ذات المخاطر الأعلى للوفاة، وهي المكورات المعوية البرازية، والمكورات العنقودية الذهبية، والكلبسيلا الرئوية، والراكدة البومانية، والزائفة الزنجارية، والأنواع المعوية (ESKAPE)، أكثر شيوعًا في الهواء الحضري. تشير شبكة التواجد المشترك للمجتمعات البكتيرية الحضرية المحمولة جواً إلى أن التأثيرات البشرية المنشأ قد زعزعت استقرار بنية شبكتها، مما أدى بدوره إلى تغيير التركيب التصنيفي البكتيري.
ووجد الباحثون أن عدة عوامل أثرت على المجتمعات البكتيرية المحمولة جوا، على سبيل المثال، المواقع الجغرافية إلى جانب العوامل البيئية النموذجية. تفاعلت التفاعلات الحيوية بين المجتمعات البكتيرية الأساسية والمجتمعات البكتيرية الأساسية والثراء البكتيري بشكل ملحوظ. من بين جميع العمليات الحتمية، كان الترشيح البيئي هو العامل الأكثر أهمية في بنية وتوزيع المجتمعات الميكروبية المحمولة جوا.
الاستنتاجات
باختصار، ما يقرب من 46.3% من البكتيريا المحمولة جواً نشأت من البيئة، وقد شكلت العمليات العشوائية في المقام الأول تكوين المجتمع. علاوة على ذلك، فإن السمة المميزة للبكتيريا المحمولة جواً في المناطق الحضرية هي زيادة نسبة مسببات الأمراض المحتملة من المصادر المرتبطة بالبشر. أخيرًا، أثرت مصادر البكتيريا المحمولة جواً على نسبة مئوية أعلى بكثير من الاختلافات الهيكلية مقارنةً بنوعية الهواء وظروف الأرصاد الجوية المحلية (43.7% مقابل 29.4% و25.8%)، وفقًا لتقييم تحليل التوزيع المتباين (VPA).
مرجع:
- Globale luftgetragene Bakteriengemeinschaft – Wechselwirkungen mit den Mikrobiomen der Erde und anthropogenen Aktivitäten, Jue Zhao, Ling Jin, Dong Wu, Jia-wen Xie, Jun Li, Xue-wu Fu, Zhi-yuan Cong, Ping-qing Fu, Yang Zhang, Xiao- San Luo, Xin-bin Feng, Gan Zhang, James M. Tiedje, Xiang-dong Li, PNAS 2022, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2204465119, https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2204465119
.