В течение всего своего существования люди живут в окружении микробов — помимо собственных микробов человека, бактерии есть в воздухе, в почве, в воде, в наших жилищах. Некоторые внешние микроорганизмы способны навредить здоровью людей, другие, напротив, важны для развития иммунной системы и в итоге оказываются даже полезны.
С развитием мегаполисов ситуация стала меняться — человек все еще окружен бактериями, однако их разнообразие и интенсивность контактов стали иными. С одной стороны, в городе больше гладких поверхностей, чаще проводится уборка и дезинфекция. С другой — есть транспорт, школы, офисы, заводы, библиотеки, больницы, фитнес-центры, где происходит интенсивный обмен бактериями между людьми. Несколько лет назад ученые из разных стран решили выяснить, как выглядит микробиота такой важной транспортной системы, как метрополитен. Начали исследователи с подземки одного из крупнейших городов мира — Нью-Йорка.
«Ученые исследовали поверхность пола, поручни, вагоны и обнаружили интересное разнообразие микробиоты, — рассказывает кандидат биологических наук, директор по технологиям компании «Кномикс» (Атлас РнД), сотрудник международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО Александр Тяхт. — Далее возник международный консорциум, в рамках которого исследуется городская микробиота по всему миру. Задачи этой работы — описать разнообразие, найти общие закономерности экологии таких микробных сообществ и создать основу для более прицельного анализа микроорганизмов, живущих в общественных местах»
Вопрос метода
Традиционным методом исследования микробиоты, живущей на той или иной поверхности, является культивирование. Проще говоря, ученый берет мазок с пола, стены или поручня и высаживает собранные бактерии на чашку Петри, где они активно размножаются, и их становится проще изучать.
Однако такой метод имеет существенный недостаток: не зная, что за бактерии собраны, ученым сложно заранее выбрать подходящую среду для их культивации — какие-то микроорганизмы любят свет, другие нет, одни не выживают на воздухе, другие плохо переносят соленость. Какие-то микробы вовсе не могут существовать в изоляции от других видов. В результате часть полученных бактерий не станет размножаться на чашке, и об их существовании на исходной поверхности исследователи не узнают.
«Если подходить с точки зрения секвенирования метагенома, то мы можем получить информацию о куда большем разнообразии бактерий на исходной поверхности, даже если их не получится культивировать в лаборатории, — продолжает Александр Тяхт. — Конечно, есть ограничения: мы не можем сказать, сколько бактерий на поверхности в штуках, какие из них живы, но мы можем понять общее разнообразие, выяснить с точностью до рода, а то и вида, что за бактерии живут в сообществе. Именно этот метод и использовался в Нью-Йорке и других городах»
Обитатели московской подземки
Этот же метод решила применить группа ученых и для исследования микробов, живущих в московском метро. Александр Тяхт вместе с биоинформатиком компании «Кномикс» Натальей Клименко и сотрудником международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО Дмитрием Алексеевым изучили образцы мазков с поручней, пола и других поверхностей нескольких станций с помощью ДНК-секвенирования метагенома. Обработка данных по микробиому метро была проведена с помощью системы Кномикс-Биота, а результаты доступны онлайн в виде интерактивного аналитического отчета.
«Большинство микроорганизмов, которые мы в результате обнаружили, относятся к двум группам — либо это микробы, которые ранее находили на коже, либо это почвенные, то есть их раньше находили в земле или на растениях, — поясняет Наталья Клименко. — Причем почти на всех поверхностях была смесь из этих двух групп. Разве что на информационных стендах очевидно преобладали кожные бактерии. Мы увидели, что есть устойчивые комбинации почвенных и кожных микробов, которые встречаются вместе. Можно предположить, что между микробами из двух разных источников возникли некоторые связи, что может играть роль в их влиянии на здоровье человека. Разумеется, утверждать о таком симбиозе по результатам только наших исследований нельзя, но теперь есть список микробов-кандидатов для проверки связей другими методиками»
Ученые сравнили результаты, полученные в Москве, с результатами американских исследований, и выяснили, что самые популярные бактерии, встречающиеся в метро российской столицы, также часто встречаются и в подземке Нью-Йорка.
«Наиболее представленные рода бактерий в Москве — Dietzia, Brevundimonas, Pseudomonas, Arsenicicoccus, Stenotrophomonas, — рассказывает Клименко. — Pseudomonas, Brevundimonas и Stenotrophomonas также были среди наиболее представленных в более раннем исследовании нью-йоркского метро. Получается, что в метро разных уголков мира одни и те же закономерности состава микробных сообществ»
Еще одним интересным результатом стало то, что разнообразие бактерий коррелирует с величиной пассажиропотока на конкретных станциях. При этом в местах, где больше бактерий почвенного происхождения, биоразнообразие максимально, а в тех, где преобладает кожная микробиота, оно ниже. Это перекликается с тем, что в земле разных микроорганизмов живет больше, чем на и в теле человека.
Наконец, примечательно, что анализ не выявил свидетельств наличия патогенов: из 10 болезнетворных бактерий, ДНК которых могла быть выявлена точно при использованной методике, достоверно не было найдено ни одной. Тем не менее, подчеркивают ученые, это вовсе не значит, что руки после поручня эскалатора можно не мыть — образцов было обработано всего немного, проба способна обнаруживать не все патогены и не чувствительна к вирусам, грибам и простейшим.
Бактериальные следы
Как подчеркивают ученые, данное исследование московского метро — лишь пилотный проект, который показывает, насколько успешно можно применять ДНК-секвенирование для изучения микробиоты общественных пространств. Для более полного исследования бактериального разнообразия метрополитена надо проанализировать сотни проб на каждой станции, включив все возможные типы поверхностей. Пока это слишком дорого, но в будущем может стать реальностью.
«Такой плотный анализ позволит создать детальную пространственно-временную карту микробиоты транспортных систем, — рассказывает Александр Тяхт. — Из анализа таких “больших данных” в перспективе можно будет извлекать информацию о перемещении человеческих масс по городу и характере взаимодействия с окружающей средой. Конечно, такая карта была бы более полна, если изучить изменение состава микробиоты во времени. Сейчас образцы на станциях были собраны подряд за один день, но, может быть, есть бактериальные волны, ассоциированные с временем суток, например, с часом пик. Наконец, есть знаменитая станция “Площадь революции” с отполированными до блеска статуями. Там, к примеру, все трут нос собаки на удачу. Было бы интересно отследить, как меняется микробиота статуи с течением времени: зимой, весной, накануне студенческой сессии и так далее»
Статья: Natalia S.Klimenko, Alexander V.Tyakht, Stepan V.Toshchakov, Margarita A.Shevchenko, Aleksei A.Korzhenkov, Ebrahim Afshinnekoo, Christopher E.Mason, Dmitry G.Alexeev, Co-occurrence patterns of bacteria within microbiome of Moscow subway, Computational and Structural Biotechnology Journal, Volume 18, 2020.
