Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"

Всё об экологии ищите здесь:

   
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная О НАС / ABOUT US Статьи Вирусы в воздухе - атмосфера как переносчик и источник выпадения

Вирусы в воздухе - атмосфера как переносчик и источник выпадения

Аэрозолизация почвенной пыли и органических агрегатов в морских брызгах облегчает перенос бактерий и, вероятно, вирусов на большие расстояния через свободную атмосферу. Хотя перенос на большие расстояния имеет место, существует много неопределенностей, связанных со скоростью их осаждения. Здесь мы демонстрируем, что даже в нетронутых средах, выше атмосферного пограничного слоя, нисходящий поток вирусов колебался от 0,26 × 10,9 до >7 × 10>9 м-2 в сутки. Эти скорости осаждения были в 9-461 раз больше, чем скорости для бактерий, которые колебались от 0,3 × 107 до >8 × 10>7 м-2 в день. Самые высокие относительные скорости осаждения вирусов были связаны с атмосферным переносом из морских, а не наземных источников. Скорость осаждения бактерий была значительно выше во время дождей и сахарских пылевых вторжений, тогда как осадки существенно не влияли на осаждение вирусов. Скорость осаждения вирусов положительно коррелировала с органическими аэрозолями <0,7 мкм, тогда как бактерии в основном ассоциировались с органическими аэрозолями >0,7 мкм, подразумевая, что вирусы могут иметь более длительное время пребывания в атмосфере и, следовательно, будут рассеиваться дальше. Эти результаты дают объяснение загадочным наблюдениям, что вирусы с очень высокой генетической идентичностью могут быть найдены в очень отдаленных и различных средах.

Введение

Вирусы, безусловно, являются самыми распространенными микробами на планете,и только в океанах насчитывается около 10-30 вирусных частиц [1]. Они охватывают большую часть биологического разнообразия на планете, катализируют круговорот питательных веществ и влияют на микробный состав сообществ через избирательную смертность [2, 3]. Несмотря на высокое генетическое разнообразие внутри вирусных сообществ, неоднократно делалось наблюдение, что идентичные или почти идентичные вирусные последовательности могут быть найдены в широко разделенных средах, которые очень отличаются друг от друга с экологической точки зрения [4, 5]. Эти наблюдения объясняются (1) тем, что близкородственные микробы, которые могут служить клетками-хозяевами для этих вирусов, должны жить в очень разных средах, (2) тем, что вирусы должны иметь очень широкие диапазоны хозяев, которые позволяют им заражать отдаленно родственных хозяев, или (3) тем, что распространение некоторых вирусов настолько велико, что они распространяются глобально. Хотя существуют теоретические [6] и эмпирические [7, 8] доказательства рассеяния вирусов на околоземной поверхности Земли, нет данных, которые количественно оценивали бы величину этого рассеяния для свободной тропосферы.

В целом наблюдается высотный градиент бактерий с более высокими концентрациями в приповерхностном воздухе загрязненных территорий и более низкими, но более равномерными концентрациями на высотных участках в свободной тропосфере [9]. Подобные исследования не проводились для вирусов. Атмосферный пограничный слой разделяет ту часть тропосферы, на которую непосредственно воздействует земная поверхность. Высота этого слоя является ключевой границей для различения локального и долгосрочного атмосферного осаждения. Ниже этого пограничного слоя, в нижней части тропосферы, процессы вертикального перемешивания влияют на атмосферное осаждение и составляют большинство локальных осаждений. Напротив, над этим пограничным слоем находится свободная тропосфера; материал, захваченный в этом слое, обычно подвержен переносу на большие расстояния [10].

Вирусы и бактерии обычно не рассеиваются в воздухе в виде свободных частиц, а прикрепляются к почвенно-пылевым или морским органическим агрегатам [11, 12]. Пустыни земли являются основными источниками пыли, а также бактерий [12,13,14]. Экспорт почвенной пыли из пустынь особенно распространен в Северном полушарии, главным образом из Северной Африки, Ближнего Востока, Центральной и Южной Азии, образуя глобальный пылевой пояс между широтами 20°северной широты и 50°северной широты [15]. Напротив, хотя океаны покрывают ~70% поверхности Земли, лишь немногие исследования количественно определили их роль в качестве источников воздушно-капельных микроорганизмов [7, 11, 16, 17], которые могут переноситься на огромные расстояния глобальной атмосферной циркуляцией [18]. Поэтому их диапазоны рассеивания и распределения могут быть расширены[19,20,21].

Хотя перенос микробов воздушно-капельным путем на большие расстояния, несомненно, имеет место [19,20,21], существует много неопределенностей, связанных со скоростью их осаждения. Микроорганизмы, находящиеся в воздухе, могут быть удалены из атмосферы дождевым смывом (влажное осаждение) или прямым осаждением в ясные дни (сухое осаждение), что влияет на численность, состав и распределение микроорганизмов в экосистемах-реципиентах. Однако о влажных, сухих или объемных скоростях осаждения микроорганизмов, находящихся в воздухе, сообщалось редко и только для бактерий [20, 22].

В этом вкладе мы определяем скорости влажного и сухого осаждения вирусов и бактерий на двух участках, расположенных в горах Сьерра-Невада (Испания), над пограничным слоем атмосферы и под влиянием глобального пылевого пояса. Кроме того, мы оцениваем, как происхождение воздушных масс (морских и сахарских), метеорологические условия и размер аэрозоля влияют на скорость осаждения вирусов и бактерий.

Материалы и методы

Отбор проб атмосферных осадков и органических компонентов

Для получения атмосферных проб мы использовали два стандартных пассивных коллектора автоматического осаждения MTX ARS 1010. Эти коллекторы могут различать сухое и влажное атмосферное осаждение с помощью датчика влажности, который активирует алюминиевую крышку, закрывающую или открывающую сухой или влажный коллектор в зависимости от метеорологических условий. Каждый коллектор имеет открытую площадь 667с м² и имеет высоту 30 см. Коллекторы размещены на металлической конструкции с ножками длиной 1,1 м.

Чтобы избежать осаждения аэрозолей из той части тропосферы, на которую непосредственно воздействует земная поверхность (то есть местные источники аэрозоля), оба коллектора были установлены в горах Сьерра-Невада (Испания) на бетонной платформе над пограничным слоем атмосферы. В этом районе пограничный слой расположен на высоте 1,7 ± 0,5 км над уровнем моря (asl) [23] и различает местный (ниже этого слоя) и дальнодействующий (выше этого слоя) переносимый аэрозоль. Один коллектор был установлен в астрофизической обсерватории Сьерра-Невады (OSN site, координаты 37°03'N, 3°23'W) на высоте 2,9 км asl в бесснежные периоды 2007 и 2008 годов. Второй коллектор располагался вблизи пика Велета (VSN site, 37°17'N, 3°11'W) в ок. 3 км АСЛ в бесснежный период 2008 года. Коллекторы были установлены в 2008 году для определения синхронности (временной когерентности) между участками. Synchrony проверяет дальний перенос материала против локальные источники аэрозолей [10, 24]. В 2007 году сбор ведер сухого и мокрого осаждения производился каждые 14 дней (только на площадке ОСН), а в 2008 году-каждые 7 дней (на обеих площадках). Общее атмосферное осаждение — это сумма сухого и влажного осаждения.

Сухое осаждение получали путем промывки сухого ведра 1000 мл сверхчистой Milli-Q, фильтрованной 0,2 мкм и УФ-стерилизованной воды. В ведре для мокрого осаждения регистрировали объем дождя и анализировали подвыборку объемом 1000 мл. Если бы объем дождя был Два трехкратных набора аликвот по 3 мл для определения содержания бактерий и вирусов из обоих коллекторов были немедленно взяты и зафиксированы в поле с параформальдегидом и глутаровым альдегидом (конечная концентрация 10% + 0,05%), заморожены в жидком азоте и выдержаны при температуре -80 °С до анализа. Первый набор образцов не подвергался никакой дальнейшей обработке, представляя собой свободные бактерии или вирусы, не связанные с пылью или морскими органическими агрегатами. Второй набор образцов был подвергнут процедуре отсоединения (описанной ниже), чтобы получить оценку общего количества (свободных и прикрепленных к частицам) бактерий и вирусов. Вирусы и бактерии были ниже пределов обнаружения в Милликв-воде (см. ниже).

Из сухого и влажного коллекторов 500 мл суспензии фильтровали через сгоревшие (500 °С в течение 4 ч)и взвешивали в стекловолоконных фильтрах Whatman GF/F (ок. Номинальный размер пор 0,7 мкм). Фильтры сушили при температуре 50 °С в течение >24 ч и повторно взвешивали для определения количества материала, удерживаемого фильтрами. Затем фильтры сжигали при температуре 500 °С в течение 4 ч перед повторным взвешиванием для определения количества горючего органического вещества. Органическая фракция, которая удерживалась на фильтре как во влажных, так и в сухих коллекторах осаждения, представляет собой аэрозоль с содержанием органики >0,7 мкм. Органическая фракция, прошедшая через стекловолоконные фильтры, анализировалась как растворенный органический углерод [25]. Концентрации растворенного органического углерода измеряли как неочищаемый органический углерод с помощью CSH Shimadzu TOC-V, оснащенного высокочувствительным катализатором. Эти две фракции органических аэрозолей были выражены в мг С М-2 в сутки путем нормализации к объему Милликв воды, используемой для промывки ведра сухого осаждения, или объему дождя, извлеченного из мокрого коллектора, площади ведра и времени в сутках, в течение которого была собрана проба [26].

Процедура отделения бактерий и вирусов от аэрозольных частиц

Для отделения бактерий и вирусов от аэрозольных частиц (пыли или органических агрегатов) мы использовали комбинацию химических и физических обработок, следуя той же процедуре, что и для бентических бактерий [27] это работало должным образом для аэрозольных образцов. Химическая обработка состояла из добавления хелатирующего агента, пирофосфата натрия (0,1% конечной концентрации) и детергента Твин 20 (0,5% конечной концентрации) к образцам. Затем образцы встряхивали в течение 30 мин при ~720 об / мин и подвергали ультразвуковому воздействию в течение 1 мин. Бактерии и вирусы были извлечены центрифугированием с градиентом плотности с использованием Nycodenz (Nycomed). Коротко говоря, 1 мл Никоденза осторожно помещали под 1 мл обработанного аэрозольного образца с помощью иглы шприца достаточной длины, чтобы достичь дна 2-мл трубки Эппендорфа. Все пробирки центрифугировали (14 000 г) в охлажденной центрифуге (Eppendorf 5415 R) в течение 90 мин при температуре 4 °C. Четыре отчетливых слоя (супернатант, слой, включающий бактерии и вирусы, Никоденз, пылевые гранулы) были четко видны при наблюдении образца против источника света. Слой, содержащий бактерии и вирусы, помещали во флаконы, снова фиксировали параформальдегидом и глутаровым альдегидом и хранили при температуре -80 °С до подсчета методом проточной цитометрии.

Проточная цитометрия

Бактерии из необработанных и отделенных подвыборок размораживали и три 400 мкл реплик окрашивали SYTO-13 (конечная концентрация 5 мкм; молекулярные зонды), оставляли в темноте на 15 мин и анализировали с помощью проточного цитометра Becton Dickinson FACSCanto II, оснащенного лазером с излучением 488 Нм. В качестве внутреннего эталона к образцу добавляли стандартную суспензию флуоресцентных латексных шариков размером 2 мкм (BD Biosciences), а пробы воды Milli-Q запускали в качестве отрицательного контроля. Данные собирались в режиме журнала до тех пор, пока не было достигнуто 100 000 событий. Бактерии были обнаружены по их сигнатуре на двумерных участках бокового рассеяния (SSC) против Зеленой флуоресценции (FL1) [28]. Сбор и анализ данных осуществлялся с помощью программного обеспечения FACSDiva (Becton Dickinson).

Подсчет количества вирусов также проводили с помощью проточной цитометрии [29]. Вкратце образцы, замороженные при температуре -80 °С, размораживали на ледяной бане и разбавляли в 5-100 раз свежеотфильтрованным 0,22 мкм 0,5× Трис-ЭДТА, окрашивали СИБР-зеленым (1× конечная концентрация, молекулярные зонды) и нагревали в течение 10 мин при 85 °С в темноте. В качестве внутреннего контроля были добавлены латексные шарики (1,1 мкм). Работая в затемненной комнате, охлажденные окрашенные образцы немедленно оценивались на проточном цитометре Becton Dickinson FACSCalibur с 488-Нм лазером, запускающим зеленую флуоресценцию. Вирусы подсчитывались с помощью BD CellQuest PRO (v 4.0.1), а фоновые подсчеты из окрашенных в зеленый цвет SYBR и латексных шариков с шипами Tris-EDTA-контролей вычитались из окончательных вирусных подсчетов. Каждый образец был выполнен в двух экземплярах.

Расчет скоростей осаждения

Скорости осаждения были получены с использованием той же процедуры, которая использовалась для определения скоростей осаждения различных химических компонентов [3031]. Скорость осаждения бактерий и вирусов (экв. (1)), в плане вирусов или бактерий на М2 за день, были получены путем нормализации событий рассчитывали методом проточной цитометрии (вирусов или бактерий в МЛ) к объему Милли-м воды, используемой в сухом коллекторы (1000 мл) или объем осадков в мокрой коллекционеров, площадь (a) коллектора (0.0667 м2), и период времени в днях, что коллекционеры были разоблачены.

Общая скорость осаждения бактерий или вирусов рассчитывалась путем сложения сухого и влажного осаждений.

Происхождение воздушных масс

Исследуемый регион находится под влиянием глобального пылевого пояса и имеет частые вторжения Сахарской пыли, поступающей на север Африки [32], а также находится под влиянием западных ветров Атлантического океана [31]. Происхождение воздушных масс, достигающих гор Сьерра-Невада, определялось с помощью транспортной и дисперсионной гибридной Одночастичной интегрированной модели Лагранжа (HYSPLIT). Модель представляет собой открытый онлайновый ресурс, предоставленный лабораторией воздушных ресурсов Национального управления океанических и атмосферных ресурсов (NOAA) (http://www.arl.noaa.gov/ready.html) [33]. Это наиболее широко используемая модель сообществом атмосферных наук для определения атмосферного переноса и дисперсии [34]. Обратные траектории HYSPLIT были получены с использованием архивных данных глобальной системы ассимиляции данных со временем работы 120 ч при 2896 м asl (преобразованной моделью в 2017-2018 м над уровнем земли). Обратные траектории были определены для каждого дня в течение каждого интервала выборки. Образцы считались преимущественно морскими по происхождению, когда в течение >5 дней 7-дневного интервала воздушные массы поступали из Атлантического океана (рис. ). Напротив, образцы считались преимущественно сахарского происхождения, когда в течение >5 дней 7-дневного интервала воздушные массы поступали из Северной Африки (рис. ).

Инжир. 1
Полноразмерное изображение

 

Кроме того, для проверки происхождения воздушных масс Мы сформировали карты усредненной по времени плотности массы пылевого столба (кг м-2) за исследуемые периоды с использованием второй модели современного ретроспективного анализа для исследований и приложений (MERRA-2). Эта модель представляет собой открытый онлайновый ресурс, предоставляемый Национальным Управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) (https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/) и использует модернизированную версию модели системы наблюдения Земли Годдарда, версию 5 (GEOS-5) системы ассимиляции данных от НАСА [35]. Рисунок показан период под влиянием Атлантического океана (1-3 августа 2008 г.), когда на Пиренейском полуострове наблюдалась низкая концентрация пыли (<0,11 × 10-3 кг м-2) в воздушном столбе. На рис .1d показан период под влиянием Сахарской пыли (с 4 по 21 сентября 2008 года), когда на юго-востоке Пиренейского полуострова концентрация пыли превышала 0,11 ×10-3 кг м-2. Визуальный осмотр фильтров твердых частиц также подтвердил эти два основных источника (Морской из Атлантического океана и Сахарский из Северной Африки) (рис. ). Кроме того, обнаружение света и ранжирование вертикальных профилей для одного и того же периода исследования и широты подтвердили наличие или отсутствие сахарских пылевых интрузий на высоте участков коллекторов [26, 36].

Результаты и обсуждение

Мы количественно определили влажное и сухое осаждение (свободных и присоединенных) вирусов и бактерий над атмосферным пограничным слоем в обсерватории (OSN) и Пике Велета (VSN) в Испании и продемонстрировали, что на каждом квадратном метре ежедневно осаждаются десятки миллионов бактерий и миллиарды вирусов. Суммарные (свободные и присоединенные к частицам) скорости осаждения вирусов атмосферным вымыванием (влажные коллекторы) колебались от 0,31 × 10,9 до 3,84 × 10,9 вирусов на м² в сутки, а осаждением (сухие коллекторы) — от 0,26 × 10,9 до 3,89 вирусов на м² в сутки в 2008 году (Рис. ; таблица S1), тогда как нормы для бактерий колебались от 0,88 до 5,78 ×10,7 клеток на м² в сутки при вымывании и от 0,55 ×10,7 до 2,80 ×10,7 клеток на м² в сутки при осаждении (рис. 2b; таблица S1). Однако различия в скоростях осаждения между влажными и сухими коллекторами не были значимыми для вирусов (тест Крускала-Уоллиса (1, 24) KW-H = 0,47; p = 0,493)) (рис. ) ни для бактерий (тест Крускала-Уоллиса (1, 24) кВт-ч = 2,88; Р = 0,089)) (рис. 2d). Исходя из того, что можно было отделить промывкой в буфере и механическими силами, ~69% вирусов и ~97% бактерий, осажденных из атмосферы, были прикреплены к пыли или органическим агрегатам (рис. 2а, б; таблица S1). Это согласуется с исследованиями, показывающими, что воздушно-капельные бактерии в основном прикреплены к пыли [14, 12, 22] или встроены в органические частицы [11, 37]. Существует меньше свидетельств того, что вирусы-носители пыли [38], хотя они, по-видимому, эффективно аэрозолируются с поверхности моря и в значительной степени связаны с органическими матрицами прозрачных экзополимерных частиц [11, 37]. Эти экзополимерные частицы сильно поглощают ультрафиолетовые волны [39] и, вероятно, предотвращают полное обезвоживание; следовательно, эти частицы могут способствовать персистенции и жизнеспособности вирусов и бактерий в верхних слоях атмосферы во время транспортировки на большие расстояния.

Инжир. 2
Полноразмерное изображение

 

Синхронность атмосферных осаждений между удаленными участками используется в качестве сигнатуры метеорологического воздействия и рассеяния на большие расстояния [10, 24]. Действительно, суммарные скорости осаждения (т. е. осаждение в сухих коллекторах плюс атмосферный вымыв во влажных коллекторах) вирусов в ОСН и ВСН были синхронными (т. е. положительно коррелированными) (r = 0,95, p = 0,000, n = 12) в 2008 году (Рис. ). Общие скорости осаждения вирусов в ОСН также были аналогичны между 2007 годом (8,54 × 108 — 6,93 × 109 вирусов на м² в день) и 2008 годом (2,63 × 10 8-7,39 × 109 вирусов на м² в день) и сопоставимы с таковыми в ВСН (3,19 × 10 8 до 2,90 × 109 вирусов на м² в сутки) в течение 2008 года (таблица S1). Эти скорости осаждения существенно не отличались, когда воздушные массы поступали из Атлантики (морской источник) или из пустыни Сахары, а также в дождливые или ясные метеорологические условия (рис. ). Общее бактериальное отложение в ОСН и ВСН также было синхронным (r = 0,61, p = 0,016, n = 15) в 2008 году (Рис. ). Суммарные скорости осаждения в ОСН варьировались от 3,26 × 10,6 до 5,95 ×10,7 клеток на м² в сутки в 2007 году и от 8,48 × 10,6 до 8,46 ×10,7 клеток на м² в сутки в 2008 году и были сопоставимы с таковыми в ВСН, которые варьировались от 6,95 × 10,6 до 6,20 × 107 клеток на м² в сутки в 2008 году (таблица S1). Эти показатели, как правило, были выше, когда воздушные массы приходили из пустыни Сахара, но статистически не отличались (тест Крускала–Уоллиса (1, 31) KW-H = 3,15; p = 0,076) (рис. 3d). Тем не менее, скорость осаждения бактерий была значительно выше (тест Крускала–Уоллиса (1, 31) KW-H = 8.17; p = 0.004) в дождливые (влажное + сухое осаждение) периоды, чем в ясные (только сухое осаждение) (рис. 3d). Наличие высоких концентраций пылевидных бактерий в дождливые периоды предполагает, что они могут выступать в качестве ядер конденсации облаков и способствовать выпадению осадков [40] или просто легче вымываться из атмосферы дождем. На самом деле бактерии из пустыни Сахара осаждаются в высокогорных озерах Европы, особенно во время дождей, таких как циклоны в Средиземноморском регионе [20]. Гаммапротеобактерии, по-видимому, доминируют в воздушно-капельном бактериальном сообществе под влиянием сахарских пылевых интрузий [20, 24]. Однако взаимодействие между пылью, бактериальной идентичностью, образованием облаков и осадками остается недостаточно изученным.

Инжир. 3
Полноразмерное изображение

 

Соотношение вирусов и бактерий в образцах окружающей среды колеблется в широких пределах, но постоянно сосредоточено около 10 в морских системах [41, 42], и не сообщалось об атмосферных осаждениях. Диапазоны этого соотношения в 2007 году (19-373) и в 2008 году (9-461) в ОСН сопоставимы с диапазонами этого соотношения в ВСН (9-121) в 2008 году (таблица S1). Соотношение вирусов и бактерий также показало синхронную динамику при ОСН и ВСН (r = 0,67, p = 0,016, n = 12) в 2008 году (Рис.1). ). Медианное значение осаждения вирусов было в 52 раза больше, чем для бактерий, когда воздушные массы были преимущественно морскими, и в одном случае было >400 раз больше. В отличие от этого, когда происхождение воздушных масс было преимущественно сахарским, медианное соотношение составляло 28. Эти соотношения были значительно выше, когда происхождение воздушной массы было морским, а не сахарским (тест Крускала–Уоллиса (1, 28) = 3,93, Р = 0,047) (рис. 3f). Соотношение вирусов и бактерий в дождливые и ясные периоды существенно не различалось, хотя изменчивость этого соотношения была больше в дождливые периоды, чем в ясные (рис. 3f). Хотя интерпретация соотношения вирусов и бактерий остается загадочной [43], высокие соотношения наблюдаются в атмосферных отложениях, особенно в образцах из морских источников, по сравнению со средним значением 10,5, наблюдаемым в морских поверхностных водах [42], предполагает либо то, что аэрозолизация вирусов из микрослоя морской поверхности более эффективна для вирусов по сравнению с бактериями, либо то, что существует более длительное время пребывания вирусов в атмосфере. Поскольку вирусы и бактерии, по-видимому, одинаково образуют аэрозоли на поверхности моря [11], наши результаты предполагают, что более высокая доля вирусов в атмосфере, вероятно, является результатом более длительного времени пребывания.

Биоаэрозоли с меньшими аэродинамическими размерами имеют более длительное время пребывания в атмосфере и менее подвержены удалению дождем [9, 22, 44]. Кроме того, аэрозольные частицы могут образовывать ядра конденсации облаков или ядра льда в зависимости от их размера и гигроскопичности [9, 22]. Таким образом, мы исследовали, были ли вирусы и бактерии предпочтительно прикреплены к частицам разного размера, что повлияло бы на их удаление из атмосферы и, следовательно, на диапазон их рассеяния. Мы исследовали органическую фракцию, которая либо проходила через стекловолоконные фильтры с номинальным размером пор 0,7 мкм, либо удерживалась в коллекторах мокрого и сухого осаждения. Скорости осаждения органического вещества во фракции аэрозоля <0,7 мкм были одинаковыми в разные годы на ОСН и варьировались от 2,4 до 5,0 мг С М-2 в сутки и от 0,6 до 5,5 мг С М-2 в сутки. в сутки в течение 2007 и 2008 годов соответственно и были аналогичны таковым при ВСН в 2008 году (от 0,5 мг до 4,1 мг С М-2 в сутки) (табл.S1). Эта меньшая (<0,7 мкм) органическая фракция и скорость осаждения вируса (log 10) были положительно коррелированы (n = 32, r = 0,62, p ), но не было обнаружено значимой корреляции со скоростью осаждения бактерий (n = 31, r = 0,33, p = 0,071; дополнительный рисунок S1). Скорость осаждения органического вещества во фракции аэрозоля >0,7 мкм при ОСН колебалась от 4,1 до 22,7 мг С М>-2 в сутки и от 6,4 до 20,1 мг С М-2 в сутки в течение 2007 и 2008 годов соответственно и были аналогичны диапазону при ВСН в 2008 году (2,1–14,7 мг С М-2 в сутки) (табл.1). Скорости бактериального осаждения (log 10 трансформированных) были положительно коррелированы с этой более крупной фракцией органического аэрозоля (n = 36, r = 0,38, p 4b), но не было обнаружено значимой корреляции со скоростью отложения вируса (n = 33, r = 0,33, p = 0,063; Дополнительный Рисунок S1). Эти результаты показывают, что по отношению к бактериям пропорционально больше вирусов присоединяется к мельчайшим воздушно-капельным органическим частицам; следовательно, время их пребывания в атмосфере будет больше, чем у бактерий, которые были связаны с более крупными аэрозолями. Эти результаты согласуются с данными, показывающими, что аэрозоли, содержащие бактерии, имеют аэродинамические диаметры до 7 мкм [14, 44]). С другой стороны, предыдущее исследование в том же районе с использованием солнечной фотометрии наземного дистанционного зондирования Земли [26] обнаружили, что концентрация крупных частиц в объеме была значительно выше при сахарских пылевых интрузиях, чем при морских атмосферных условиях, тогда как концентрация мелких частиц в объеме существенно не отличалась между обоими типами аэрозолей. Действительно, эффективный радиус (определяемый как средневзвешенный по площади радиус аэрозольных частиц) был больше в дни с сахарскими пылевыми вторжениями, чем в морских атмосферных условиях. Таким образом, эти соотношения между размерными долями органических аэрозолей и скоростями осаждения вирусов и бактерий могут также определяться происхождением воздушных масс.

Инжир. 4
Полноразмерное изображение

 

Суточная скорость осаждения вирусов, ассоциированных с аэрозолями размером <0,7 мкм, объясняет наблюдения о том, что идентичные вирусные последовательности встречаются в географически удаленных местах и в очень разных средах [4, 5], вероятно, как следствие длительного сохранения и рассеивания в атмосфере. Это обеспечивает механизм для поддержания очень высокого разнообразия вирусов, а также бактерий, наблюдаемого на местном уровне, но ограниченного глобально, в соответствии с моделью банка семян. Дальнодействующее рассеивание вирусов и бактерий может способствовать увеличению диапазонов их распространения в спящих или неактивных состояниях, формируя их семенные банки [45, 46]. Однако существование микробных банков семян не исключает генетической дивергенции и симпатрического видообразования, что все еще приводит к биогеографическим закономерностям [47,48,49]. Влияние на экосистемы-реципиенты переноса на большие расстояния и соответствующие скорости осаждения будет зависеть от жизнеспособности этих микробов, а в случае вирусов-от наличия подходящих хозяев для репликации, а также от многих других факторов [45, 50]. Имеются данные о том, что бактерии [19,20,21] и вирусы могут оставаться жизнеспособными после атмосферного переноса [7], что согласуется с широким распространением микробов в очень отдаленных экосистемах. Следовательно, значительные нисходящие потоки бактерий и вирусов из атмосферы могут оказывать влияние на структуру и функционирование экосистем-реципиентов. Вместо того чтобы быть негативным последствием, это осаждение обеспечивает банк семян, который должен позволить экосистемам быстро адаптироваться к изменениям окружающей среды.

References

  1. 1.

    Suttle CA. Viruses in the sea. Nature. 2005;437:356–61.

    CAS Article Google Scholar

  2. 2.

    Weinbauer MG. Экология прокариотических вирусов. Fems Microbiol Rev. 2004;28:127-81.

    Статья CAS академия Google

  3. 3.

    Брайтбарт М. морские вирусы: правда или вызов. Ann Rev Mar Sci. 2012;4:425–48.

    Статья академия Google

  4. 4.

    Короткий см, Саттл ок. Почти идентичные структурные последовательности генов бактериофагов широко распространены как в морской, так и в пресноводной среде. Аппл Энвирон Микробиол. 2005;71:480–6.

    Статья CAS академия Google

  5. 5.

    Breibart M, Rohwer F. Здесь вирус, там вирус, везде один и тот же вирус? Тренды Микробиола. 2005;13:278–84.

    Статья академия Google

  6. 6.

    Hammond GW, Raddatz RL, Gelskey DE. Влияние атмосферного рассеяния и переноса вирусных аэрозолей на эпидемиологию гриппа. Rev Infect Dis. 1989;11:494–7.

    Статья CAS академия Google

  7. 7.

    Sharoni S, Trainic M, Schatz D, Lehahn Y, Flores MJ, Bidle KD и др. Заражение фитопланктона аэрозольными морскими вирусами. Proc Natl Acad Sci USA. 2015;112:6643–7.

    Статья CAS академия Google

  8. 8.

    Whon TW, Kim M-S, Roh SW, Shin N-R, Lee H-W, Bae J-W. Метагеномная характеристика разнообразия воздушно-капельной вирусной ДНК в приповерхностной атмосфере. Джей Вирол. 2012;86:8221–31.

    Статья CAS академия Google

  9. 9.

    Bowers RM, Lauber CL, Wiedinmyer C, Hamady M, Hallar AG, Fall R и др. Характеристика воздушно-капельных микробных сообществ на высокогорном участке и их потенциал для действия в качестве атмосферных ледяных ядер. Аппл Энвирон Микробиол. 2009;75:5121–30.

    Статья CAS академия Google

  10. 10.

    Morales-Baquero R, Pérez-Martínez C. Sahara versus local influence on atmospheric aerosol deposition in the southern Iberian Peninsula: significance for N and P inputs. Глобальные Биогеохимические Циклы. 2016;30:501–13.

    Статья CAS академия Google

  11. 11.

    Aller JY, Kuznetsova MR, Jahns CJ, Kemp PF. Микрослой морской поверхности как источник вирусного и бактериального обогащения морских аэрозолей. J Аэрозоль Sci. 2005;30:801–12.

    Статья академия Google

  12. 12.

    Ямагучи Н, Итидзе Т, Сакотани А, Баба Т, Насу М. глобальное рассеивание бактериальных клеток на азиатской пыли. Sci Rep. 2012;2: 525.

    Статья академия Google

  13. 13.

    Burrows SM, Butler T, Jöckel P, Tost H, Kerkweg A, Pöschl U и др. Бактерии в глобальной атмосфере часть 2: моделирование выбросов и переноса между различными экосистемами. Atmos Chem Phys. 2009;9:9281–97.

    Статья CAS академия Google

  14. 14.

    Polymenakou PA, Mandalakis M, Stephanou EG, Tselepides A. распределение частиц по размерам воздушно-капельных микроорганизмов и патогенов во время интенсивного африканского пылевого события в Восточном Средиземноморье. Environ Health Perspect. 2008;116:292–6.

    Статья академия Google

  15. 15.

    Просперо Дж. м., Жину П., Торрес о., Николсон СЕ., Гилл Тэ. Экологическая характеристика глобальных источников атмосферной почвенной пыли идентифицирована с помощью спектрометра Nimbus 7 Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), поглощающего аэрозольный продукт. Преподобный Геофис. 2002;40:1002.

    Статья академия Google

  16. 16.

    DeLeon-Rodríguez N, Lathem TL, Rodríguez-R LM, Barazesh JM, Anderson BE, Beyersdorf AJ и др. Микробиом верхней тропосферы: видовой состав и распространенность, последствия тропических штормов и атмосферные последствия. Proc Natl Acad Sci USA. 2013;110:2575–80.

    Статья академия Google

  17. 17.

    Mayol E, Jiménez MA, Herndl GJ, Duarte CM, Arrieta JM. Разрешение проблемы обилия и воздушно-морских потоков воздушнодесантных микроорганизмов в Северной Атлантике. Передний Микробиол. 2014;5:557

    Статья академия Google

  18. 18.

    Kellogg CA, Griffin DW. Аэробиология и глобальный перенос пыли пустыни. Тренды Ecol Evol. 2006;21:638–44.

    Статья академия Google

  19. 19.

    Hervàs A, Camarero L, Reche I, Casamayor EO. Жизнеспособность и потенциал для иммиграции воздушно-капельных бактерий из Африки, которые достигают высокогорных озер в Европе. Экологический Микробиол. 2009;11:1612–23.

    Статья академия Google

  20. 20.

    Peter H, Hörtnagl P, Reche I, Sommaruga R. бактериальное разнообразие и состав во время дождевых явлений с влиянием Сахарской пыли и без него достигают высокогорного озера в Альпах. Environmental Microbiol Rep. 2014;6: 618-24.

    Статья академия Google

  21. 21.

    Просперо JM, Блейдс E, Матисон G, найду RV. Межполушарный перенос жизнеспособных грибов и бактерий из Африки в Карибское море с почвенной пылью. Аэробиология. 2005;21:1–19.

    Статья академия Google

  22. 22.

    Després VR, Huffman JA, Burrows SM, Hoose C, Safatov AS, Buryak G и др. Первичные биологические аэрозольные частицы в атмосфере: обзор. Tellus B. 2012;64: 015598.

    Статья академия Google

  23. 23.

    Гранадос-Муньос MJ, Навас-Гусман F, Браво-Аранда JA, Герреро-Расадо JL, Лямани H, Фернандес-Гальвес J и др. Автоматическое определение высоты планетарного пограничного слоя с помощью лидара: однолетний анализ над юго-восточной Испанией. J Geophys Res. 2012;117:D18208.

    Статья академия Google

  24. 24.

    Reche I, Ortega-Retuerta E, Romera O, Pulido-Villena E, Morales-Baquero R, Casamayor EO. Влияние сахарской пыли на бактериальную активность и состав сообществ в средиземноморских озерах и водохранилищах. Лимнол Океаногр. 2009;54:869–79.

    Статья CAS академия Google

  25. 25.

    Yang H, Li QF, Yu JZ. Сравнение двух методов определения водорастворимого органического углерода в атмосферных частицах. Атмосфера Окружающей Среды. 2003;37:865–70.

    Статья CAS академия Google

  26. 26.

    Младенов Н., рече и., Олмо Ф. Дж., Лямани Н., Аладос-Арболедас л. взаимосвязь спектроскопических свойств высокогорных органических аэрозолей и солнечной фотометрии по данным наземного дистанционного зондирования Земли. J Geophys Res Biogeosciences. 2010;115:G00F11.

    Статья академия Google

  27. 27.

    Амальфитано С., Фази С. восстановление и количественное определение бактериальных клеток, ассоциированных с донными отложениями русла ручья. Джей Биол Встретился. 2008;75:237–43.

    Статья CAS академия Google

  28. 28.

    Gasol JM, Del Giorgio PA. Использование проточной цитометрии для подсчета естественных планктонных бактерий и понимания структуры планктонных бактериальных сообществ. Sci Mar. 2000;64:197–224.

    Статья академия Google

  29. 29.

    Brussaard CPD. Оптимизация процедур подсчета вирусов методом проточной цитометрии. Аппл Энвирон Микробиол. 2004;70:1506–13.

    Статья CAS академия Google

  30. 30.

    Morales-Baquero R, Pulido-Villena E, Reche I. атмосферные поступления фосфора и азота в юго-западный средиземноморский регион: биогеохимические реакции высокогорных озер. Лимнол Океаногр. 2006;51:830–837.

    Статья CAS академия Google

  31. 31.

    Morales-Baquero R,Pulido-Villena E, Reche I. химическая сигнатура Сахарской пыли на сухие и влажные атмосферные осаждения в Юго-Западном Средиземноморье. Tellus B. 2013;65: 18720.

    Статья академия Google

  32. 32.

    Младенов Н, Соммаруга Р, Моралес-Бакеро Р, Лаурион и, Камареро л, Дьегес МС. et al. Поступление пыли и бактерий влияет на растворенное органическое вещество в прозрачных альпийских озерах. Нат Коммун. 2011;2:405

    Статья CAS академия Google

  33. 33.

    Дракслер Р. Р., Рольф Г. Д. Доступ к модели HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)осуществляется через готовый веб-сайт NOAA ARL. 2014. http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php (дата обращения 28 сентября 2017 года).

  34. 34.

    Stein AF, Draxler RR, Rolph GD, Stunder BJB, Cohen MD, Ngan F. система моделирования атмосферного переноса и дисперсии HYSPLIT NOAA. Am Meteorol Soc. 2016;2059–77.

    Статья академия Google

  35. 35.

    Босилович М. Г., Луккези Р., Суарес М. Мерра-2: спецификация файла. Служебная записка ГМАО №   9 (версия 1.1), стр. 73. 2016. http://gmao.gsfc.nasa.gov/pubs/office_notes (дата обращения 28 сентября 2017 года).

  36. 36.

    Bhattachan A, Reche I, D'Odorico P. обогащение растворимого двухвалентного железа (Fe (II)) в воздушной пыли. J Geophys Res Atmos. 2016;10153–60.

  37. 37.

    Aller JY, Radway JC, Kilthau WP, Bothe DW, Wilson TW, Vaillancourt RD и др. Размерно-разрешенная характеристика полисахаридных и белковых компонентов морского аэрозоля. Атмосфера Окружающей Среды. 2017;154:331–47.

    Статья CAS академия Google

  38. 38.

    Weinbauer MG, Bettarel Y, Cattaneo R, Luef B, Maier C, Motegi C и др. Вирусная экология органических и неорганических частиц в водных системах: перспективы дальнейших исследований. Aquat Microb Ecol. 2009;57:321–41.

    Статья CAS академия Google

  39. 39.

    Ortega-Retuerta E, Passow U, Duarte CM, Reche I. влияние ультрафиолетового излучения B на (не очень) прозрачные частицы экзополимера. Биогеонауки. 2009;6:3071–80.

    Статья CAS академия Google

  40. 40.

    Creamean JM, Suski KJ, Rosenfeld D, Cazorla A, DeMott PJ, Sullivan RC и др. Пыль и биологические аэрозоли из Сахары и Азии влияют на осадки в западной части США. Наука. 2013;339:1572–8.

    Статья CAS академия Google

  41. 41.

    Finke JF, Hunt BPV, Winter C, Carmack EC, Suttle CA. Питательные вещества и другие факторы окружающей среды влияют на содержание вирусов в кислородной и гипоксической морской среде. Вирусы. 2017;9:152.

    Статья академия Google

  42. 42.

    Wigington CH, Sonderegger D, Brussaard CPD, Buchan A, Finke JF, Fuhrman JA и др. Повторное изучение взаимосвязи между содержанием морских вирусов и микробных клеток. Нат Микробиол. 2016;1:15024.

  43. 43.

    Parikka KJ, Le Romancer M, Wauters N, Jacquet S. расшифровка соотношения вирус-прокариота (VPR): понимание взаимоотношений вирус-хозяин в различных экосистемах. Biol Rev. 2016; 92: 1081-100.

    Статья академия Google

  44. 44.

    Huffman JA, Treutlein B, Pöschl U. флуоресцентные биологические концентрации аэрозольных частиц и распределение их по размерам, измеренные с помощью ультрафиолетового аэродинамического анализатора частиц (UV-APS) в Центральной Европе. Atmos Chem Phys. 2010;10:3215–33.

    Статья CAS академия Google

  45. 45.

    Чоу Си-Эт. Биогеография вирусов в море. Annu Rev Virol. 2015;2:41–66.

    Статья CAS академия Google

  46. 46.

    Джонс СЕ, Леннон Джей Ти. Спячка способствует поддержанию микробного разнообразия. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107:5881–6.

    Статья CAS академия Google

  47. 47.

    Fraser C, Alm EJ, Polz MF, Spratt BG, Hanage WP. Проблема бактериальных видов: осмысление генетического и экологического разнообразия. Наука. 2009;323:741–6.

    Статья CAS академия Google

  48. 48.

    Martiny JBH, Bohannan BJM, Brown JH, Colwell RK,Fuhrman JA, Green JL и др. Микробная биогеография: нанесение микроорганизмов на карту. Нат Рев Микробиол. 2006;4:102–12.

    Статья CAS академия Google

  49. 49.

    Уитакер Р. Дж., Гроган Д. У., Тейлор Дж. Географические барьеры изолируют эндемичные популяции гипертермофильных архей. Наука. 2003;301:976–8.

    Статья CAS академия Google

  50. 50.

    Саттл ок. Экологическая микробиология: вирусное разнообразие на мировой арене. Нат Микробиол. 2016;1:16205.

    Статья CAS академия Google

 

Признание

Мы благодарим Дж. Лопеса-Рамоса и Р. Макграта за помощь в сборе, подготовке и анализе проб. Финансирование осуществлялось Фондом BBVA (ECOSENSOR, грант №   BIOCON04 / 009), хунтой Андалусии (AEROGLOBAL, грант №   P06-RNM-01503) и Министерством здравоохранения (MICROBIOGEOGRAPHY, грант №   080/2007), а также грантами Тульского фонда, Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады и Канадского фонда инноваций. Мы благодарим NOAA Air Resources Laboratory (ARL) за предоставление модели hysplit transport and dispersion model и NASA за доступ к модели MERRA-2. Мы также благодарим двух анонимных рецензентов, чьи комментарии улучшили эту статью.

Информация об авторе

Присоединения

Авторы-корреспонденты

Переписка с Изабель реч или Кертис А. Саттл.

источник

вирусывеществавоздух 

27.08.2020, 838 просмотров.


Нравится

SKOLKOVO
24.08.2020 23:48:50

В России разработали «антиковидную» пропускную систему

В России готовят к выпуску модификацию «антиковидных» тепловизоров, которые смогут распознавать лица и даже самостоятельно принимать решения.

система, Разработчики, Сотрудники

03.08.2020 22:35:18

80% тяжелых больных Covid-19 имели другие инфекции

У подавляющего большинства пациентов с тяжелыми формами Covid-19 проявляются дополнительные бактериальные или вирусные инфекции, которые часто становятся причиной смерти. Их источником, в том числе, служили медицинские инструменты и системы искусственной вентиляции легких. Предварительные результаты исследования ученые опубликовали в электронной научной библиотеке medRxiv.

COVID19, пациенты, болезни

01.08.2020 15:19:00

КТ - не око Саурона

Китайцы, изучившие коронавирус вдоль и поперёк, изрекли новую истину. Оказалось, что проявления COVID-19 и гриппа на компьютерной томографии невозможно отличить друг от друга. Признаки COVID-19, видимые на КТ оказались неспецифичными.

COVID19, обнаружили, исследование

27.07.2020 16:56:20

Тест на эффективность самодельной маски

Пандемия коронавируса продемонстрировала проблему тотальной нехватки сертифицированных средств защиты и поставила вопрос об их адекватной замене.

пандемия, тест, маски

26.07.2020 16:49:00

Исследовано повреждение нейронов коронавирусом/Потеря обоняния

Ученые выяснили, почему при COVID-19 пропадает обоняние. Оказалось, что вирус не повреждает обонятельные нейроны и потому потеря запаха продолжается недолго.

COVID19, изменения, ученые

25.07.2020 23:25:55

Выводы и уроки, извлечённые из обработки медицинских отходов во время распространения COVID-19 в Ухане

В январе 2020 года у многих людей в Ухане были такие симптомы, как жар, усталость и кашель, но только некоторые из них обратились в больницу. Однако до 20 января никто ничего не знал о COVID-19. Поскольку после 20 января число пациентов резко возросло, нехватка мест в больницах стала довольно серьезной, и многим пациентам пришлось возвращаться домой, чтобы лечиться самостоятельно.

COVID19, уроки, выводы, нехватка

23.07.2020 15:54:57

Covid-19 может оказаться сосудистым, а не респираторным заболеванием

В большинстве случаев основные симптомы Covid-19 — это лихорадка, кашель, затрудненное дыхание. Но если заболевание переносится тяжело, к ним могут прибавиться острая почечная недостаточность, повреждения внутренних органов и непонятные сгустки крови.

Воспаление, COVID19, болезнь

RSS
Архив "#ПроЗдоровье"
Подписка на RSS
Реклама: