Chúng ta đang hít và thở vi khuẩn mỗi ngày!

Một nghiên cứu gần đây được đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), các nhà khoa học khảo sát vi khuẩn trong không khí toàn cầu để hiểu hơn về cấu trúc và mô hình phân bố địa sinh học của chúng. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu đánh giá mức độ tương tác với các hệ vi sinh vật khác nhau trên trái đất, đặc biệt các vi khuẩn sống trên bề mặt. 

Tổng quan

Bầu khí quyển là môi trường sinh sống của nhiều dạng vi sinh vật hoang sơ trên trái đất; và vi khuẩn sống trong không khí là những chủng phức tạp và động lực cao ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật của Trái đất. Khoảng 1×104 tế bào vi khuẩn/m3 và hàng trăm loài đơn độc khác lơ lửng trong không khí. Một nghiên cứu diện rộng, đã ghi nhận một cách có hệ thống các đặc điểm vi sinh vật trong đất, đại dương và chất thải của con người. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu chỉ ra có mối tương quan giữa hệ vi sinh vật trong không khí và môi trường bề mặt. Tuy nhiên, còn ít nghiên cứu ghi nhận vi sinh vật trong không khí, đặc biệt là liên quan đến cấu trúc cộng đồng của chúng. 

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu phát triển bộ dữ liệu vi khuẩn trong không khí toàn cầu để đánh giá mức độ phổ biến và mối liên quan qua lại lẫn nhau. Bộ dữ liệu này bao gồm 76 mẫu hạt không khí mới được thu thập kết hợp với 294 mẫu được thu thập từ các nghiên cứu trước đó từ 63 địa điểm trên toàn thế giới. Các địa điểm lấy mẫu rất đa dạng về độ cao và địa lý và bao gồm từ mặt đất đến mái nhà (1.5m đến 25m), đến những ngọn núi cao 5.380m so với mực nước biển, và các thành phố đô thị đông dân cư và vùng Bắc Cực xa xôi. 

Nhóm nghiên cứu đã lấy bộ dữ liệu để so sánh từ dự án vi sinh vật trái đất (EMP), tích lũy hơn 5.000 mẫu từ 23 môi trường bề mặt. Danh mục tham khảo của vi khuẩn trong không khí có hơn 27 triệu trình tự gen 16S ribosomal RNA (rRNA).

Hơn thế nữa, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mạng lưới với cộng đồng toàn cầu hơn 5,038 mối quan hệ liên quan có ý nghĩa (Spearman’s ρ > 0.6) giữa 482 đơn vị phân loại vận hành (OTU) được kết nối. OTU là các đơn vị phân tích được phân nhóm theo sự giống nhau về trình tự DNA trong hệ sinh thái vi sinh vật. Cuối cùng, nhóm đã sử dụng mô hình phương trình cấu trúc (SEM) để khám phá các cơ chế thúc đẩy trong cộng đồng vi sinh vật. Tương tự, họ đã tính toán tổng tác động của quá trình lọc môi trường và tương tác của vi khuẩn đối với việc hình thành các cộng đồng vi khuẩn. 

Kết quả nghiên cứu

Có hơn 10.897 đơn vị phân loại được phát hiện từ 370 mẫu không khí riêng lẻ và hầu hết các trình tự vi khuẩn thuộc về 5 nhóm Firmicutes, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria, và Bacteroidetes chiếm lần lượt là 4.8%, 19.7%, 18.4%, 18.1%, và 8.6% trong số các trình tự vi khuẩn. Mối quan hệ phong phú – chiếm hữu (AOR) giữa các mẫu mà một đơn vị phân loại vi khuẩn chiếm giữ và khối lượng trung bình của nó trong không khí toàn cầu cho thấy một đường cong sigmoid, tương tự như mô hình quan sát được đối với sự phân bố của động vật hoang dã và thực vật trên Trái đất. 

Đáng chú ý, so với các nhóm vi khuẩn trong lớp đất và môi trường biển; vi khuẩn trong không khí không liên kết chặt chẽ với nhau, và có kết nối bên trong trung bình là 5,24.  Chúng có cách tiếp cận phân cụm ngẫu nhiên và cấu trúc liên kết có khả năng chống thay đổi thấp. Các mối quan hệ xa được quan sát và các cụm kết nối lỏng lẻo của chúng, cho thấy cộng đồng vi khuẩn trong không khí dễ bị nhiễu loạn hơn do chức năng của các điều kiện môi trường thường dẫn đến những thay đổi mạnh mẽ trong thành phần vi khuẩn. Các chức năng của các loài vi khuẩn trong khí quyển được suy ra dựa trên thông tin di truyền của chúng trong các môi trường sống khác. 

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy mối liên hệ tiềm ẩn giữa cộng đồng vi khuẩn trong không khí và môi trường sống của vi khuẩn bề mặt khác. Tổng lượng vi khuẩn trong không khí toàn cầu ước tính (1.72 × 1024 tế bào) tương đương với lượng vi khuẩn trong khí quyển và thấp hơn từ một đến ba bậc so với các môi trường sống khác (ví dụ: đất).

Tác giả lưu ý rằng không có sự chênh lệch đáng kể về mức độ phong phú các cộng đồng vi khuẩn không khí giữa các khu vực đô thị và tự nhiên trong cùng một phạm vi vĩ độ. Tuy nhiên, vị trí địa lý không đóng vai trò quan trọng. Do đó, sự đồng đều của các cộng đồng vi khuẩn thấp hơn nhiều vi khuẩn không khí đô thị. Ví dụ, sự phong phú tương đối của các loài gây bệnh, Burkholderia và Pseudomonas cao hơn ở khu vực đô thị so với khu vực tự nhiên (5.56 and 2.50% vs. 1.44 và 1.11%). Hơn nữa, vi khuẩn đóng góp ít hơn vào khối lượng vật chất (PM) ở thành thị so với ở các khu vực tự nhiên khác, cho thấy quá trình đô thị hóa làm tăng tỷ lệ các hạt phi sinh học trong không khí (ví dụ: hạt bụi).

Các mầm bệnh có nguy cơ tử vong cao như: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, và loài Enterobacter (ESKAPE) có nhiều hơn trong không khí ở đô thị. Tần suất xuất hiện của nhóm vi khuẩn không khí đô thị chỉ ra tác động đến con người, làm mất ổn định cấu trúc của chúng; do đó, làm thay đổi thành phần phân loại vi khuẩn.                      

Kết luận 

Tóm lại, gần 46,3% vi khuẩn trong không khí có nguồn gốc từ môi trường xung quanh và các quá trình ngẫu nhiên chủ yếu hình thành nên sự tập hợp cộng đồng. Hơn nữa, đặc điểm nổi bật của vi khuẩn trong không khí ở khu vực thành thị là tỷ lệ ngày càng tăng của nó bao gồm các mầm bệnh tiềm ẩn từ các nguồn liên quan đến con người. Cuối cùng, hồ sơ nguồn vi khuẩn không khí ảnh hưởng đến tỷ lệ biến thể cấu trúc cao hơn đáng kể so với chất lượng không khí và điều kiện khí tượng địa phương (43.7% vs. 29.4% và 25.8%), như được đánh giá thông qua phân tích phân vùng biến thể (VPA). 

Nguồn: www.news-medical.net