Состав и распределение анализ биоаэрозоли в различных экологических условиях
7 января 2019 г.
Понимание биологического состава окружающей среды частиц имеет важное значение для изучения его значительного воздействия на здоровье человека и распространения болезней. Здесь мы использовали три типа методов выборки Биоаэрозоль и биологического анализа по воздуху микробов лучше изучить бортовых микробных сообществ в различных экологических условиях.
Понимание биологического состава экологических твердых частиц имеет важное значение для изучения его значительного воздействия на здоровье человека и распространение болезней. В этом методе отбора проб биоаэрозоля и анализа, может иметь широкое применение во многих областях исследования, таких как экологический мониторинг и обнаружение патогенов в воздухе. Чтобы определить общее количество твердых частиц, сначала оснастить бортовой счетчик лазерных частиц датчиком для мониторинга температуры и относительной влажности.
Затем соберите вещество частицы через порт отбора проб воздуха в верхней части бортового лазерного счетчика частиц и используйте тестовые модули внутри сэмплер для измерения размера каждого класса частиц одновременно каждые пять минут. Для сбора образцов твердых частиц с помощью циклонических аэрозольных пробоя установите циклонический аэрозольный сэмплер для сбора проб в 323 литра в минуту в течение шести часов сбора и используйте функцию автоматической очистки для мытья внутренней части пробоя три раза стерильной водой. Затем поместите сэмплер в одиночку на полку или пол и начать сбор.
В конце периода сбора храните все образцы при 20 градусах Цельсия, защищенные от света, до их анализа. Для сбора твердых частиц с помощью фильтров оснастите высокой объемной пробоотборитель воздуха фильтрами объемом 20,32 х 25,4 квадратных сантиметра и установите скорость потока 1000 литров в минуту в течение соответствующего периода сбора. В конце периода сбора храните все образцы при 20 градусах Цельсия, защищенные от света, до их анализа.
Для биологического анализа состава собранных образцов фильтра поместите каждый фильтр в 50-миллилитровую коническую трубку с образцом, обращенным внутрь, и задней частью фильтра, обращенного к стенке трубки. Добавьте 10 бусин в центральную область каждой трубки в сторону фильтра, содержащего образец, и вихрь трубки в течение 15 минут при комнатной температуре. Передача жидкости из каждой трубки в новые 50 миллилитровых трубок и усилить V1 в V3 области бактериальной 16S рекомбинантной ДНК и ITS области грибковых рекомбинантных РНК оперон полимеразы цепной реакции в соответствии со стандартными протоколами.
Для отбора проб и выращивания культовой воздушно-капельным путем бактерий и грибков, установить международный стандарт Андерсен шестиступенчатый пробоотборитель на скорость потока 28,3 литров в минуту в течение 35 минут сбора период и место соевый кейсин дайджест агар культуры пластины в каждой стадии пробоотбора. Попробуй шесть этапов с Андерсеном шестисюпенчатый сэмплер, как это определено аэродинамических диаметров частиц в воздухе, хранение бактериальных частиц на пластины культуры, как они собираются. Культура воздушно-капельным путем бактерий сбора пластин при 37 градусов по Цельсию в течение 24 до 48 часов, прежде чем считать колонии формирования единиц бактерий на каждой пластине образца для каждого этапа.
После 48 до 72 часов культуры, собирать бактерии из каждой пластины в две миллилитровые центрифуги труб и извлечь ДНК с помощью нескольких источников ДНК извлечения комплект в соответствии со стандартными протоколами. В этой репрезентативной выборке с молочной фермы концентрация аэрозольных частиц была самой высокой в декабре и самой низкой в октябре, возможно, из-за изменения температуры и влажности. Концентрация вдыхаемых аэрозольных частиц, способных достигать глубоких дыхательных путей, составила более 99% от общей концентрации частиц, что создает серьезную потенциальную опасность для человека и животных.
Здесь анализ образцов биоаэрозоля, собранных в туманные дни в кампусе Пекинского технологического института 20 декабря 2016 года, показывает, что циклонический аэрозольный сэмплер собрал гораздо больше родов бактерий, чем большой объем пробоя воздуха с фильтрами. Оба сэмпайсера продемонстрировали равную эффективность сбора и почти одинаковое количество изобилия рода для сбора грибов однако. Как показано на этой цифре, Андерсен шестисюпенчатый сэмплер может быть использован для сбора различных типов воздушно-капельным путем культивирования бактерий, присутствующих в различных средах, например, в четырех различных типов свиней оценивается в этом исследовании.
Последующая культура бортовых образцов показала, что содержание различных преобладающихся бактерий родов варьировалось между различными объектами. Существует множество факторов, таких, как температура, влажность, концентрация биоаэрозоля и условия окружающей среды, которые следует учитывать при определения типа метода отбора проб аэрозолей. Метагеномика также может быть использована для получения генетической информации в целом без необходимости отделять отдельные организмы.
Наши протоколы и наши результаты могут помочь другим исследователям во всем мире в дальнейшем изучить воздействие грибковых и бактериальных биоаэрозолей на здоровье в различных условиях окружающей среды.
Обзор
В данном исследовании изучается биологический состав твердых частиц в окружающей среде и его влияние на здоровье человека и распространение заболеваний. С использованием различных методов отбора проб биоаэрозолей в работе исследуются воздушные микробные сообщества при различных условиях окружающей среды.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Экология
- Микробиология
- Общественное здравоохранение
Теоретические основы
- Твердые частицы в окружающей среде могут оказывать значительное влияние на здоровье.
- Биоаэрозоли включают переносимые по воздуху микробы, которые могут влиять на распространение заболеваний.
- Понимание их состава имеет решающее значение для экологического мониторинга.
- Методы отбора проб могут варьироваться в зависимости от условий окружающей среды.
Цель исследования
- Для анализа микробных сообществ в воздухе.
- Для оценки эффективности различных методов отбора проб биоаэрозолей.
- Для изучения влияния биоаэрозолей на здоровье при различных условиях.
Используемые методы
- Лазерный счетчик частиц в воздухе для определения общего количества частиц.
- Циклонные пробоотборники аэрозолей для сбора твердых частиц.
- Высокопроизводительные пробоотборники воздуха с фильтрами для анализа биологического состава.
- Шестиступенчатый пробоотборник Андерсена для определения культивируемых бактерий и грибов в воздухе.
Основные результаты
- Концентрация аэрозольных частиц варьировалась в зависимости от месяца.
- Циклонные пробоотборники собрали больше родов бактерий, чем пробоотборники большого объема.
- Оба типа пробоотборников продемонстрировали схожую эффективность сбора грибов.
- Факторы окружающей среды повлияли на результаты отбора проб аэрозоля.
Выводы
- Различные методы отбора проб дают разные результаты при анализе микробных сообществ.
- Условия окружающей среды существенно влияют на концентрацию аэрозолей.
- Полученные данные могут помочь в понимании воздействия биоаэрозолей на здоровье.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Понимание состава биоаэрозолей способствует оценке рисков для здоровья окружающей среды и эпидемиологическому надзору за патогенами в условиях производственной и общественной санитарии. Данный протокол позволяет провести сравнительную оценку методов отбора проб при различных условиях окружающей среды, что помогает выбрать метод для обеспечения воспроизводимого микробиологического анализа воздуха. Это способствует снижению механистических рисков на ранних этапах исследований путем уточнения вариабельности биоаэрозолей, которая может влиять на токсикологические модели или модели инфекционных заболеваний.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет изучать микробное разнообразие в образцах окружающей среды для обоснования гипотез о воздействии патогенов, передающихся воздушно-капельным путем.
- Практическая ценность: предоставляет стандартизированные процедуры сбора культивируемых и некультивируемых микроорганизмов с использованием различных пробоотборников.
Скрининг и разработка методов анализа
- Научная ценность: облегчает подготовку образцов для последующего молекулярного анализа, такого как секвенирование 16S rDNA и ITS.
- Практическая ценность: способствует стандартизации анализа за счет четко определенных скоростей потока, времени сбора и условий хранения.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Предоставляет релевантные для заболеваний системы для изучения моделей ингаляционного воздействия и слизистых иммунных ответов.
- Практическая ценность: Обеспечивает возможность лонгитюдного мониторинга динамики биоаэрозолей в контролируемых условиях или в полевых условиях.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы поисковой биологии, обеспечивая получение охарактеризованных биологических объектов для последующего скрининга или валидации моделей.
- Открывательная биология: обеспечивает проверку гипотез о вкладе воздушных микроорганизмов в развитие клеточного стресса или воспалительных путей.
- Скрининг: предоставляет стандартизированные экстракты твердых частиц, подходящие для анализов цитотоксичности или иммунной активации.
- Аналитика: позволяет получить количественные данные об обилии микроорганизмов с помощью секвенирования и подсчета КОЕ для сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: связывают отбор проб из окружающей среды с доклиническими моделями респираторного или системного воздействия.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую систему отбора проб и анализа, применимую для различных площадок и сезонов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов за счет фиксации как культивируемых, так и молекулярных признаков микроорганизмов, переносимых по воздуху.
- Операционная ценность: обеспечивает воспроизводимость за счет стандартизированной калибровки пробоотборника, контроля потока и слепого метода обработки образцов.
- Стратегическая ценность: снижает биологическую неопределенность в моделях экологического риска, что помогает при принятии решений о целесообразности дальнейшей валидации мишени.
- Влияние на портфель: позволяет проводить приоритизацию соединений или моделей с учетом рисков на основе потенциала воздействия биоаэрозолей.
Особенности реализации
- Требуется экспертные знания в области аэробиологии, молекулярной микробиологии и отбора проб из окружающей среды.
- Зависит от наличия счетчиков частиц, пробоотборников аэрозолей, оборудования для холодного хранения, а также инфраструктуры для ПЦР и секвенирования.
- Необходимо согласование между группами по срокам отбора проб, метаданным окружающей среды и контролю загрязнений.
- Требуется учет особенностей адаптации эффективности пробоотборников к различным условиям температуры, влажности и концентрации взвешенных частиц.
- Ограничено тем, что культуральные методы позволяют выявить <1% общего микробного разнообразия, что делает необходимым использование молекулярных методов дополнения.
