Кожному місту властиве особливе поєднання мікробів: урбаністичний мікробіом – унікальний, як відбиток пальця. Це доводить порівняльне дослідження з вибіркою 60 міст по всьому світу. Згідно з результатами, існує мікробіомне ядро, до складу якого входить 31 вид, що присутній практично в усіх містах, незалежно від клімату, континенту й кількості мешканців. Але решта видового складу та її частота поширення – настільки унікальні, що можуть зрадити місце свого походження.
У метро, на дверних ручках, на автоматичних дисплеях та поручнях, на підлозі: всюди в місті ми натрапляємо на мікроби. Ці бактерії, віруси, грибки та археї частково походять з людського мікробіому, але частково – з природи: тварин, ґрунтів, повітря або води. З поєднання цих різних мікробних популяцій в місті виникає унікальна суміш.
Але з чого складається цей урбаністичний мікробіом – і якою мірою він відрізняється (чи не відрізняється) від мікробіомів інших міст? Це вперше детальніше з’ясували науковці міжнародного консорціуму MetaSUB.
Поштовхом для проєкту стали дослідження мікросвіту в нью-йоркському метро, котрі викликали інтерес в усьому світі та знайшли своїх послідовників. Завдяки їм виникла ідея глобального порівняння урбаністичного мікробіому. Для проєкту добровольці й науковці у 60 містах світу зібрали загалом 4728 зразків. Передусім йшлося про зразки з поверхонь у середовищі публічного транспорту (з поручнів, дверних ручок і квиткових автоматів), а також із землі та повітря з інших міських середовищ. Всі зразки проаналізували з допомогою генетичного секвенування, щоб з’ясувати видовий склад і частоту присутності у ньому різних видів мікробів.
Результат: загалом команда ідентифікувала 4346 види мікробів, з яких 31 вид був присутній у 97 % всіх досліджуваних міст. Це мікробіомне ядро не залежало від кількості мешканців, географічного розташування, клімату або інших чинників і переважно складалося з бактерій.
«Оскільки значну частину урбаністичного середовища становлять люди, можна було б очікувати, що ДНК у міських зразках нагадуватиме первинно ті коменсали, що властиві людському організму», – пояснив Давід Данко (David Danko) з Медичного коледжу імені С. Вайла при Корнельському університету в Нью-Йорку та його колеги. Але, на відміну від очікуваного, види в цьому мікробіомному ядрі суттєво відрізнялися від типових «співмешканців» людського організму.
Взаємозв'язок та ознаки 31 виду, що входить до складу міського мікробіому.
Бактерія Cutibacterium acnes виявилася головною майже в усіх містах, тобто була організмом, що найчастіше зустрічався в мікробіомі, але крім неї до топ-10 видів мікробіомного ядра належали й типовий мешканець повітря та пилу Micrococcus luteus, й пристосована до життя в металічному середовищі бактерія Cupriavidus metallidurans.
«Це означає, що урбаністичний мікробіом потрібно розглядати як окрему одиницю – окремо від мікробіомів ґрунту та людини, – констатує команда. – Навіть той факт, що всі мікробіоми тісно інтегровані одне з одним, не змінює того, що урбаністичний мікробіом представляє окрему екологічну нішу й має інакший генетичний профіль».
До типових для урбаністичного середовища видів належать і ті бактерії, що можуть ставати патогенами для людини. Зокрема йдеться про стафілококи, стрептококи, представників роду klebsiella та enterobacter. Патоген, що провокує діарею, Salmonella enterica, не належить до мікробіомного ядра, бо проявляється в менш як половині міст. Але там, де він був присутній, зустрічався дуже часто: тож на шкалі найпоширеніших міських бактерій сальмонела посідає 12 місце.
Окрім типового для всіх мікробіомного ядра, зразки містили й численні інші види, які відрізнялися залежно від реґіону та міста. Їхній видовий склад часто специфічний такою мірою, що по ньому можна впізнати місто: штучний інтелект, якого натренували на певній частці зразків, у фінальному тесті правильно визначив місто походження 88,8% зразків.
«Кожне місто має власне, молекулярне відлуння мікробів, які його населяють, – пояснив провідний автор Крістофер Масон (Christopher Mason) з Медичного коледжу імені С. Вайла при Корнельському університеті. – Якби ви мені дали своє взуття, я б зміг з 90% певністю сказати, з якого міста ви походите».
Цікаво також: принаймні частина міських мікробів науковцям ще цілком невідома, адже в зразках виявилися тисячі ДНК-послідовностей, що неможливо зарахувати до жодного з відомих видів бактерій, вірусів, грибків або археїв. Детальніший аналіз засвідчив також, що понад 10 тисяч цих нових послідовностей походить від ще невідомих вірусів, а 748 – від невідомих бактерій.
«Значна частина некласифікованих ДНК в наших зразках засвідчує: урбаністичний геном досі залишається більшою мірою непомічений», – пояснили науковці. Подібна ситуація склалася з іншими мікробіомами в живому світі нашої планети. «На Землі існують мільйони видів мікробів, але надійні генетичні дані ми маємо тільки про 100–200 тисяч видів», – сказав Масон.
Nadja Podbregar
Stadt-Mikroben: Einzigartig wie ein Fingerabdruck
Cell Press, 28/05/2021 Microbiome, 2021;doi: 10.1016/j.cell.2021.05.002
Зреферувала С.К.
Зображення: Usis/ Getty images; Danko et al./ Microbiome, CC-by-sa 4.0.
19.06.2021