Исследователи из Сибири более двух лет отслеживают состав микроорганизмов, которые летают по воздуху в Новосибирске. Их уникальный проект позволил описать метагеном микробов городской атмосферы и узнать, как устроены их сообщества и каких бактерий в нем больше в тот или иной сезон.
Наша планета буквально кишит бактериями и прочими микробами сверху донизу. Они есть и глубоко в земной коре, и высоко в атмосфере — скажем, их много в облаках. Значение микроорганизмов для экосистем трудно переоценить, тем более что они сильно влияют на здоровье человека.
Поэтому коллектив исследователей из Сибири, представляющих Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Институт химической кинетики и горения имени В. В. Воеводского СО РАН и ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор», задались целью узнать, каких микробов вдыхают вместе с воздухом жители самого крупного мегаполиса Сибири — Новосибирска.
Проект стартовал несколько лет назад и уже позволил достичь важных результатов. Его называют уникальным, ведь нигде в России не проводят подобные исследования. К тому же сообщество парящих в воздухе микробов — сложный объект для изучения.
В отличие от других природных сред вроде почвы или водоемов, атмосферный воздух содержит очень небольшое число бактерий и им подобных. Так что для их исследования необходимо использовать особые фильтры, которые позволяют набрать побольше клеток и генетического материала.
Однако это не единственная проблема, возникающая при подобных работах.
«Сложность изучения микробиома воздуха (сообщества всех микроорганизмов, которые в нем содержатся) стандартными микробиологическими методами состоит в том, что большую часть сообщества невозможно культивировать в лабораторных условиях. Выходом становится использование метагеномного подхода, суть которого сводится к выделению из образца тотальной ДНК и ее секвенирования на высокопроизводительной платформе. Анализ полученных при этом нуклеотидных последовательностей позволяет провести идентификацию большинства бактерий и грибов. Предварительные результаты проекта позволили нам впервые описать разнообразие микроорганизмов в атмосфере Новосибирска, а также выявить цикличность в их встречаемости в зависимости от времени года», — рассказал руководитель проекта и ЦКП «Геномика» ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Марсель Расимович Кабилов.
В рамках этого уникального проекта ученые отбирают пробы городского воздуха дважды в день (днем и ночью) два раза в месяц на протяжении последних двух с лишним лет.
Полученные с помощью фильтрации пробы подвергают всестороннему анализу: химики выясняют, какие вещества в них содержатся, микробиологи культивируют те бактерии, которые могут расти в лаборатории (таковы далеко не все), а специалисты по генетике и биоинформатике реконструируют метагеном микробного сообщества — совокупность ДНК из различных клеток.
Как выяснилось, большинство бактерий новосибирского воздуха (точнее — 65 процентов) относятся к четырем группам: это протеобактерии, актинобактерии, фирмикуты и цианобактерии.
Исследование также указало на сезонные изменения в сообществе микробов: протеобактерии (самая большая группа прокариот в природе) и актинобактерии (разлагают органику и иногда образуют нити) доминируют осенью и зимой, фирмикуты (грамположительных бактерии, включающие бациллы и другие патогены) наиболее многочисленны весной. Летом же в городском воздухе особенно много цианобактерий, которые способны к фотосинтезу и обычно не опасны для человека.
В случае грибов анализ метагенома позволил установить, что на базидиальные грибы и сумчатые грибы (аскомикоты) в сумме приходится 90 процентов ДНК. Причем базидимикоты, к которым относят в том числе шляпочные грибы, преобладают в городском воздухе только осенью.
