西安市大气颗粒物中病原微生物的分布特征和健康风险研究

作     者：杨稀淇 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈庆彩;朱超

授予年度：2023年

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0706[理学-大气科学] 100402[医学-劳动卫生与环境卫生学] 0713[理学-生态学] 10[医学] 

主      题：大气颗粒物 病原微生物 分布特征 毒力因子 健康风险评价 

摘      要：大气颗粒物中的微生物与物质循环、生物传播、公众健康密切相关,特别是2019-nCoV爆发的背景下,其中丰富的病原性生物组分分布特征、致病机理和健康风险再次成为研究热点。本研究以中国西北地区颗粒物污染严重的典型城市西安为研究区域,利用宏基因组学和传统平板分离的技术,探究了大气颗粒物(城市降尘和道路粉尘)中的病原微生物空间分布和群落特征,分析了毒力因子作用机制,并评估预测了对人体的健康风险。获得了如下结论:(1)人群聚集行为会影响空气中微生物的组成和人体健康风险。人群聚集行为会使空气微生物污染级别由清洁变成中污染,同时可培养微生物的种类、颜色、形态、湿润度和生化性质等特征均有新变动;空气中病原性微生物由2株增加到9株,并且有5种都是BSL-Ⅱ级高生物风险的人畜共患病原微生物;基于HQ模型发现,人群聚集时人们面临的健康风险暴露系数相比于人群聚集前增加了 1.28-4.96倍,且男性感染风险显著高于女性。(2)道路粉尘中微生物种类多样且在空间分布上差异性不明显。基因注释发现西安市道路粉尘中有15280923个微生物非冗余基因,183个门和3394个属,细菌占比85.6%,真菌占比0.9%,病毒占比0.1%,其他微生物占比13.4%。道路粉尘中微生物空间分布特征呈现“中心低,四周高的特点,推测是由于市中心严格的清扫和消毒措施,使微生物在道路粉尘上积累较少。此外,城市道路粉尘中微生物Alpha多样性无统计学空间差异(p=0.061),考虑主要是因为外力(人群车辆的携带转移)和城市土地适用类型高度相似,从而导致微生物在道路粉尘上附着和累积。(3)道路粉尘中存在高传染性和致重病的病原微生物。171种病原微生物(BSL-Ⅱ有 52 种,BSL-Ⅲ有 10 种),如:Yersiniapestis、Brucela melitensis和Mycobacterium tuberculosis等高危传染性病原微生物,病原微生物群落结构在不同城市功能区之间没有显著空间差异性,呈现了病原微生物在城市道路粉尘中的普遍存在性和高流通性。结合对毒力因子丰度和病原微生物一般致病机制的梳理发现,道路粉尘中病原微生物能够在不同毒力因子协同下完成侵袭人体的事件链条:Adherence-Biofilm formation-Toxin-Iron Acquisition-Immune evasion。相比较于其他事件,道路粉尘中病原微生物在入侵人体后引发的Toxin事件潜在概率低,而Immune evasion事件概率较高,这提示我们道路粉尘中的病原微生物在人体内有较强的逃逸免疫干扰能力。溯源分析受交通污染的城市设施土壤及人体自身可能是道路粉尘中病原微生物的主要来源。(4)基于改进Wells-Riley健康风险模型测算和前提条件,儿童、中年人和老年人群体中,每日因吸入道路粉尘中病原微生物导致肺部患病概率分别为 3.5(?)、6.2(?)和 4.8(?);肠道患病概率分别为 1.5(?)、2.7(?)和 2.0(?);皮肤疾病概率分别为0.03(?)、0.06%(?)和0.05(?)。其中中年人因道路粉尘引起肺部患病概率与城市区域实际呼吸系统患病率相近,此外,定期开展道路环境洒水的抑尘工作可以有效降低市民被病原微生物感染的风险。