Zusammensetzung und Verteilungsanalyse Bioaerosole unter verschiedenen Umweltbedingungen
January 7th, 2019
Verständnis der biologischen Zusammensetzung der Umwelt Feinstaub ist wichtig für das Studium der seine erheblichen Auswirkungen auf die Gesundheit und Krankheit zu verbreiten. Hier haben wir drei Arten von Bioaerosol Probenahmeverfahren und eine biologische Analyse der Luft Mikroben um in der Luft mikrobielle Gemeinschaften unter verschiedenen Umweltbedingungen besser zu erkunden.
Das Verständnis der biologischen Zusammensetzung des Umweltpartikels ist wichtig für die Untersuchung seiner erheblichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Ausbreitung von Krankheiten. In dieser Bioaerosol-Probenahmemethode und -analyse kann in vielen Studienbereichen wie Umweltüberwachung und Nachweis von Luftkeimen eine breite Anwendung finden. Um die Gesamtpartikelzahl zu bestimmen, statten Sie zunächst einen laserpartikelzähler in der Luft mit einem Sensor aus, um die Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit zu überwachen.
Sammeln Sie dann die Partikel materie durch den Luftentnahmeanschluss auf der Oberseite des luftgetragenen Laserpartikelzählers und verwenden Sie die Testmodule im Probennehmer, um die Größe jeder Partikelklasse gleichzeitig alle fünf Minuten zu messen. Um Partikelproben von zyklonischen Aerosolprobennehmern zu sammeln, stellen Sie einen zyklonischen Aerosol-Sampler ein, um einen Probenfluss von 323 Litern pro Minute für einen zeitraum von sechs Stunden zu sammeln, und verwenden Sie die automatische Reinigungsfunktion, um das Innere des Probenehmers dreimal mit sterilem Wasser zu waschen. Legen Sie dann den Sampler allein auf ein Regal oder einen Boden und starten Sie die Sammlung.
Am Ende des Sammelzeitraums alle Proben bei 20 Grad Celsius, vor Licht geschützt, bis zu ihrer Analyse lagern. Für die Partikelsammlung durch Filter einen Großvolumen-Luftprobennehmer mit 20,32 x 25,4 Quadratzentimeterfiltern ausstatten und die Probe für den entsprechenden Sammelzeitraum auf einen Durchfluss von 1.000 Litern pro Minute einstellen. Am Ende des Sammelzeitraums alle Proben bei 20 Grad Celsius, vor Licht geschützt, bis zu ihrer Analyse lagern.
Für die biologische Zusammensetzungsanalyse von filtergesammelten Proben legen Sie jeden Filter in ein 50 Milliliter konisches Rohr mit der nach innen gerichteten Probe und der Rückseite des Filters nach innen zur Rohrwand gerichtet. Fügen Sie 10 Perlen in den zentralen Bereich jedes Rohres zur Seite des Filters, der die Probe enthält, und wirbeln Sie das Rohr für 15 Minuten bei Raumtemperatur. Übertragen Sie die Flüssigkeit aus jedem Rohr in neue 50-Milliliter-Röhren und verstärken Sie den V1-zu-V3-Bereich der bakteriellen 16S-rekombinanten DNA und die ITS-Region des pilzrekombinanten RNA-Operons durch Polymerase-Kettenreaktion nach Standardprotokollen.
Für die Probenahme und den Anbau von kultivierbaren Luftbakterien und Pilzen, setzen Sie einen internationalen Standard Andersen sechsstufigen Sampler auf eine Durchflussrate von 28,3 Liter pro Minute für einen 35-minütigen Sammelzeitraum und legen Sie eine Sojabohnen-Kassin-Digest-Agar-Kulturplatte in jede Stufe des Samplers. Probieren Sie die sechs Stufen mit dem Sechs-Stufen-Probenehmer Andersen, wie sie durch die aerodynamischen Durchmesser der Luftteilchen definiert sind, und legen Sie die Bakterienpartikel bei ihrer Erfassung auf die Kulturplatten ab. Kultur die luftgetragenen Bakterien sammelplatten bei 37 Grad Celsius für 24 bis 48 Stunden, bevor die Kolonie bildenden Einheiten von Bakterien auf jeder Probenplatte für jede Stufe zählen.
Sammeln Sie die Bakterien aus jeder Platte nach 48 bis 72 Stunden Kultur in zwei Milliliter-Zentrifugenröhren und extrahieren Sie die DNA mit einem Mehrquellen-DNA-Extraktionskit nach Standardprotokollen. Bei dieser repräsentativen Probenahme aus einem Milchviehbetrieb war die Konzentration von Aerosolpartikeln im Dezember am höchsten und im Oktober am niedrigsten, möglicherweise aufgrund von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen. Die Konzentration der inhalierbaren Aerosolpartikel, die die tiefen Atemwege erreichen können, machte mehr als 99 % der gesamten Partikelkonzentration aus, was zu ernsthaften potenziellen Gefahren für Mensch und Tier führte.
Hier zeigt die Analyse der Bioaerosolproben, die während der trüben Tage auf dem Campus des Beijing Institute of Technology am 20. Dezember 2016 gesammelt wurden, dass der zyklonische Aerosol-Sampler viel mehr Gattungen von Bakterien sammelte als der hochvolumige Luftprobenehmer mit Filtern. Beide Probenehmer zeigten jedoch eine gleiche Sammeleffizienz und fast die gleiche Anzahl von Gattungshäufigkeiten für die Pilzsammlung. Wie in dieser Abbildung dargestellt, kann ein Andersen sechsstufiger Sampler verwendet werden, um die verschiedenen Arten von in der Luft kultivierbaren Bakterien zu sammeln, die in verschiedenen Umgebungen vorhanden sind, wie z. B. in den vier verschiedenen Arten von Schweinereien, die in dieser Studie bewertet wurden.
Die anschließende Kultur der Luftproben zeigte, dass der Gehalt der verschiedenen vorherrschenden Bakteriengattungen zwischen den verschiedenen Einrichtungen variierte. Es gibt viele Faktoren, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Bioaerosolkonzentration und die Umweltbedingungen, die bei der Art der Aerosolprobenahme berücksichtigt werden sollten. Metagenomik kann auch verwendet werden, um die genetische Information als Ganzes zu erwerben, ohne einzelne Organismen zu trennen.
Unsere Protokolle und unsere Ergebnisse können anderen Forschern auf der ganzen Welt helfen, die gesundheitlichen Auswirkungen von Pilz- und bakteriellen Bioaerosolen unter verschiedenen Umweltbedingungen weiter zu erforschen.
Überblick
Diese Studie untersucht die biologische Zusammensetzung von umweltbedingten Partikeln und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Ausbreitung von Krankheiten. Unter Verwendung verschiedener Bioaerosol-Probenahmemethoden erforscht die Forschung luftgetragene mikrobiologische Gemeinschaften unter verschiedenen Umweltbedingungen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Umweltwissenschaft
- Mikrobiologie
- Öffentliche Gesundheit
Hintergrund
- Umweltbedingte Partikel können die Gesundheit erheblich beeinflussen.
- Bioaerosole umfassen luftgetragene Mikroben, die die Ausbreitung von Krankheiten beeinflussen können.
- Das Verständnis ihrer Zusammensetzung ist entscheidend für die Umweltüberwachung.
- Die Probenahmemethoden können je nach Umweltbedingungen variieren.
Zweck der Studie
- Luftgetragene mikrobiologische Gemeinschaften zu analysieren.
- Die Wirksamkeit verschiedener Bioaerosol-Probenahmemethoden zu bewerten.
- Die gesundheitlichen Auswirkungen von Bioaerosolen unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen.
Verwendete Methoden
- Luftgetragener Laser-Partikelzähler für die Gesamtzahl der Partikel.
- Zyklische Aerosol-Probenehmer zur Sammlung von Partikeln.
- Großvolumige Luftprobenehmer mit Filtern für die biologische Zusammensetzungsanalyse.
- Andersen-Sechsstufen-Probenehmer für kultivierbare luftgetragene Bakterien und Pilze.
Hauptergebnisse
- Die Konzentration der Aerosolpartikel variierte je nach Monat.
- Zyklische Probenehmer sammelten mehr Bakteriengattungen als großvolumige Probenehmer.
- Beide Probenehmer zeigten eine ähnliche Effizienz bei der Pilzsammlung.
- Umweltfaktoren beeinflussten die Ergebnisse der Aerosolprobenahme.
Schlussfolgerungen
- Verschiedene Probenahmemethoden liefern unterschiedliche Ergebnisse für mikrobiologische Gemeinschaften.
- Umweltbedingungen beeinflussen die Aerosolkonzentrationen erheblich.
- Die Ergebnisse können dazu beitragen, die gesundheitlichen Auswirkungen von Bioaerosolen zu verstehen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Understanding bioaerosol composition supports environmental health risk assessment and pathogen surveillance in occupational and public health settings. The protocol enables comparative evaluation of sampling methods under varying environmental conditions, informing method selection for reproducible airborne microbiological analysis. This contributes to mechanistic de-risking in early discovery by clarifying bioaerosol variability that may influence toxicological or infectious disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of microbial diversity in environmental samples to support hypothesis generation around airborne pathogen exposure.
- Operational Value: Provides standardized collection procedures for culturable and unculturable microorganisms across different samplers.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of samples for downstream molecular analysis such as 16S rDNA and ITS sequencing.
- Operational Value: Supports assay standardization through defined flow rates, collection times, and storage conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Offers disease-relevant systems for studying inhalation exposure models and mucosal immune responses.
- Operational Value: Enables longitudinal monitoring of bioaerosol dynamics in controlled or field environments.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within discovery biology workflows by providing characterized biological inputs for downstream screening or model validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing regarding airborne microbial contributions to cellular stress or inflammatory pathways.
- Screening: Delivers standardized particulate matter extracts suitable for cytotoxicity or immune activation assays.
- Analytics: Generates quantitative microbial abundance data via sequencing and CFU counting for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects environmental sampling to preclinical models of respiratory or systemic exposure.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable sampling and analytical framework applicable across sites and seasons.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by capturing both culturable and molecular signatures of airborne microbes.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized sampler calibration, flow control, and blinded sample handling.
- Strategic Value: Reduces biological uncertainty in environmental risk models, supporting go/no-go decisions in target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds or models based on bioaerosol exposure potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in aerobiology, molecular microbiology, and environmental sampling.
- Depends on access to particle counters, aerosol samplers, cold storage, and PCR/sequencing infrastructure.
- Necessitates cross-team alignment on sampling timing, environmental metadata, and contamination controls.
- Involves adaptation considerations for sampler performance across temperature, humidity, and particulate load conditions.
- Limited by culture-dependent methods capturing <1% of total microbial diversity, necessitating molecular complement.
