微生物指紋：城市的獨(dú)特名片

編譯 之涵

克里斯·梅森（Chris Mason）是美國(guó)威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的一名遺傳學(xué)家。當(dāng)他的女兒還在蹣跚學(xué)步時(shí)，他會(huì)好奇地看著她觸摸紐約地鐵的物體表面。有一天，她用舌頭舔了一根桿子。梅森說(shuō)：“這是一種明顯的微生物交換，我非常想知道發(fā)生了什么事?！?/p>

為此，他開始對(duì)交通系統(tǒng)中與人類共存的微生物世界進(jìn)行取樣。2015年，他在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，紐約市存在大量前所未知的物種。之后，其他研究人員與他取得聯(lián)系，希望參與此項(xiàng)工作。迄今為止，梅森和數(shù)十名合作者已對(duì)美國(guó)巴爾的摩、哥倫比亞首都波哥大、韓國(guó)首都首爾等全球60座城市的地鐵、公共汽車和有軌電車的微生物進(jìn)行了研究，并發(fā)布了相關(guān)成果。他們鑒別出數(shù)千種新的病毒和細(xì)菌，并發(fā)現(xiàn)每個(gè)城市都有獨(dú)特的微生物指紋。

利物浦熱帶醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)家亞當(dāng)·羅伯茨（Adam Roberts）雖然沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但他認(rèn)為這項(xiàng)研究“真是不可思議”。他表示，盡管只針對(duì)單個(gè)城市或交通系統(tǒng)的研究規(guī)模較小，但該項(xiàng)目比以往任何項(xiàng)目都要大得多，因此能夠探索新的問(wèn)題?！八麄兯龅墓ぷ鲗⒁磺嘘P(guān)聯(lián)起來(lái)，非常了不起。我認(rèn)為這些數(shù)據(jù)可供未來(lái)分析之用?！?/p>

為了了解世界各地公共交通微生物群落的分布狀況，梅森和他的合作者首先必須解決如何持續(xù)收集樣本的問(wèn)題。他們決定從公交系統(tǒng)的常見(jiàn)物體上進(jìn)行取樣，包括長(zhǎng)凳、入閘機(jī)以及售票機(jī)?？茖W(xué)家在物體表面擦拭3分鐘，這足以獲得足夠的DNA，同時(shí)又不至于讓旁觀者感到怪異。

然后，研究人員將樣本帶回實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)DNA進(jìn)行分析。他們發(fā)現(xiàn)，大約45%的DNA與任何已知物種均無(wú)法匹配：近11 000種病毒和1 302種細(xì)菌都屬于科學(xué)界的新發(fā)現(xiàn)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，97%的樣本含有31個(gè)相同的物種，它們構(gòu)成了所謂的核心城市微生物群。超過(guò)70%的樣本中還存在1 145個(gè)不同物種。與窗戶等表面相比，采集自常與人接觸的物體表面（比如欄桿）上的樣本更有可能攜帶與人類皮膚有關(guān)的細(xì)菌。混合物中常見(jiàn)的物種是通常見(jiàn)于土壤、水、空氣和灰塵中的細(xì)菌。

但研究人員也發(fā)現(xiàn)了一些分布沒(méi)那么廣泛的物種。他們?cè)诎l(fā)表于《細(xì)胞》上的文章中稱，這些物種讓每一座城市都有自己獨(dú)特的微生物群，這將幫助研究人員預(yù)測(cè)隨機(jī)樣本來(lái)自哪個(gè)城市，其準(zhǔn)確率達(dá)到88%。例如，他們?cè)诩~約市發(fā)現(xiàn)了大量抑長(zhǎng)肉桿菌。這是一種產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌，非常耐受低溫環(huán)境。梅森介紹說(shuō)，隨著研究工作更加深入，這類獨(dú)特的城市指紋將來(lái)也許能夠用于取證。

并未參與此項(xiàng)研究的科羅拉多大學(xué)博爾德分校微生物學(xué)家諾亞·菲勒（Noah Fierer）表示，此項(xiàng)研究的主要價(jià)值不在于研究成果，而在于可從metagraph.ethz.ch上獲取開放數(shù)據(jù)。這將給其他研究人員提供深入研究新問(wèn)題的機(jī)會(huì)。菲勒說(shuō)：“不同的城市有不同的微生物群落，這并不奇怪。我想知道的是為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？”

研究人員在紐約地鐵的入閘機(jī)上取樣

梅森說(shuō)，盡管有些人可能會(huì)對(duì)隱藏在我們城市里的微生物感到擔(dān)心，但研究結(jié)果描繪了一幅相對(duì)安全的畫面。例如，樣本中抗菌素耐藥性基因的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人體腸道或醫(yī)院樣本中的水平。

恰恰相反，梅森從中看到了機(jī)遇：公共交通系統(tǒng)作為一種未被探索的具有顯著生物多樣性的來(lái)源，令人敬畏和興奮。新發(fā)現(xiàn)的物種可能可以用于藥物研究，對(duì)城市微生物群進(jìn)行大規(guī)模測(cè)繪和監(jiān)測(cè)將有利于公共衛(wèi)生，幫助研究人員及早發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的病原體。

梅森說(shuō)，直到最近，監(jiān)測(cè)城市微生物群還只是一個(gè)“古怪的”想法，而且成本高得離譜。但現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)工作大有裨益：如果世界各地的研究人員此前對(duì)樣本中的RNA進(jìn)行過(guò)分析，他們可能早已發(fā)現(xiàn)了新型冠狀病毒。

資料來(lái)源 Science