पर्यावरण कण बात की जैविक संरचना को समझना मानव स्वास्थ्य और रोग प्रसार पर अपनी महत्वपूर्ण प्रभावों के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है । यहां, हम के तीन प्रकार का इस्तेमाल किया एयरोसोल नमूना तरीकों और हवाई रोगाणुओं के एक जैविक विश्लेषण के लिए बेहतर विभिंन पर्यावरणीय परिस्थितियों में हवाई माइक्रोबियल समुदायों का पता लगाने के लिए ।
चर बात कण में सूक्ष्मजीवों (प्रधानमंत्री) के तहत विभिंन पर्यावरणीय परिस्थितियों मानव स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है । इस अध्ययन में, हमने पर्यावरणीय पीएम में जैविक रचनाओं के अनेक विश्लेषणों के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया है । पांच प्रयोग प्रस्तुत हैं: (1) प्रधानमंत्री एक लेज़र कण काउंटर का उपयोग करके निगरानी संख्या; (2) प्रधानमंत्री एक cyclonic एयरोसोल नमूना का उपयोग करके संग्रह; (3) प्रधानमंत्री फिल्टर के साथ एक उच्च मात्रा हवा पारखी का उपयोग करके संग्रह; (4) एंडरसन छह चरण पारखी द्वारा culturable रोगाणुओं संग्रह; और (5) बैक्टीरियल 16SrDNA और कवक अपने क्षेत्र अनुक्रमण द्वारा पर्यावरण प्रधानमंत्री की जैविक संरचना का पता लगाने । हम धुंधला दिन और इस प्रोटोकॉल में आवेदन के दो विशिष्ट उदाहरण के रूप में एक पशुधन खेत का चयन किया । इस अध्ययन में, इन दो नमूना तरीकों, cyclonic एयरोसोल पारखी और फिल्टर नमूना, अलग नमूना दक्षता दिखाया. cyclonic एयरोसोल नमूना बैक्टीरिया को इकट्ठा करने के मामले में बेहतर प्रदर्शन किया, जबकि इन दो तरीकों कवक इकट्ठा करने में एक ही क्षमता दिखाई । cyclonic एयरोसोल पारखी तापमान के लिए एक नमूना सीमा है, जबकि फिल्टर पारखी कम तापमान की स्थिति के तहत काम कर सकते हैं. इस तरह के एक एंडरसन छह चरण नमूना के रूप में एक ठोस प्रभाव नमूना,, culturable सूक्ष्मजीवों के जीवित रहने की दर बढ़ जाती है जो संस्कृति माध्यम में सीधे नमूने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । हालांकि, इस विधि मुख्यतः संस्कृति पर निर्भर करता है, जबकि अधिक से अधिक ९९% रोगाणुओं की संस्कृति नहीं किया जा सकता है । डीएनए एंडरसन द्वारा एकत्र culturable बैक्टीरिया से निकाले गए छह चरण नमूना और cyclonic एयरोसोल पारखी और फिल्टर पारखी द्वारा एकत्र नमूनों बैक्टीरियल 16S rDNA और कवक अपने क्षेत्र अनुक्रमण द्वारा पता लगाया गया. सभी तरीकों से ऊपर इस तरह के पर्यावरण की निगरानी और हवाई रोगज़नक़ का पता लगाने के रूप में अध्ययन के कई क्षेत्रों में व्यापक आवेदन हो सकता है । इन परिणामों से, हम निष्कर्ष निकाल सकते है कि इन तरीकों को विभिंन परिस्थितियों में इस्तेमाल किया जा सकता है और अंय शोधकर्ताओं मदद कर सकते है और पर्यावरणीय एयरोसोल्स के स्वास्थ्य प्रभावों का पता लगाने ।
प्राकृतिक वातावरण में, सूक्ष्मजीवों के विभिंन प्रकार के कवक, बैक्टीरिया, वायरस और अंय सूक्ष्मजीवों1सहित, एयरोसोल्स में मौजूद हैं । हवाई सूक्ष्मजीवों, जो पशुओं के खेतों में पशु भोजन के संचालन के रूप में कुछ मानव गतिविधियों से उत्सर्जित किया जा सकता है, वायुमंडलीय पर्यावरण2की महत्वपूर्ण सामग्री हैं । ये सूक्ष्मजीवों न केवल वायुमंडलीय वातावरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं, लेकिन यह भी मानव स्वास्थ्य और रोगों के प्रसार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है ।
रोगों के फैलने का एक महत्वपूर्ण तरीका के रूप में, माइक्रोबियल एयरोसोल्स दुनिया भर में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है । हाल के अध्ययनों में, कई मानव रोगों के लिए पर्यावरण की जटिल संरचना के साथ जुड़े होना पाया गया बात कण (प्रधानमंत्री) ऐसे रासायनिक कारखानों, पशुधन खेतों और smoggy शहरों3,4के रूप में विभिंन स्थानों में । पीएम की जैविक संरचना में कुछ श्वसन और हृदय रोगों में योगदान दे सकता है पीएम-उजागर मनुष्य5. शरीर के विभिन्न क्षेत्रों, जैसे म्यूकोसा, त्वचा, पाचन तंत्र और श्वसन तंत्र, पीएम6,7से जुड़ी रोगाणुओं के संभावित लक्ष्य हो सकते हैं । फेफड़ों के कैंसर का एक बढ़ा जोखिम पीएम२.५8तक लंबे समय तक प्रदर्शन की वजह से हो सकता है ।
दुनिया भर के कई देशों में विभिन्न स्थानों पर हवाई जीवाणुओं का सर्वेक्षण किया गया है जिनमें मेट्रो स्टेशनों, पशु चिकित्सा अस्पतालों, बूचड़खानों, खाद की सुविधा, tanneries, दुग्ध-प्रसंस्करण की सुविधा, कोयला खानों, दंत चिकित्सा क्लिनिक शामिल हैं और इनडोर वातावरण9,10,11,12,13,14,15,16,17, जनरेट कर रहा है एक जैविक एयरोसोल्स के बारे में बड़ी संख्या में रिपोर्ट । धुंधला दिनों के दौरान परिसरों, पशुधन खेतों और बड़े शहरों से जुड़े भीड़-भाड़ वाले स्थानों में तीन विशेष रूप से महत्वपूर्ण सार्वजनिक स्थितियां हैं जिनके लिए हमें मानव स्वास्थ्य और पीएम एक्सपोजर के संभावित प्रभावों के बीच कनेक्शन तलाशने की जरूरत है । इसके अलावा, चीन के उत्तरी शहरों में सर्दियों के दिनों के दौरान, उच्च प्रधानमंत्री२.५ मूल्यों मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते हैं । हालांकि पीएम२.५ श्वसन सतहों लक्ष्यीकरण और रक्त में18भंग द्वारा विषाक्त प्रभाव उत्पंन कर सकते हैं, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि क्या और कैसे रोगाणुओं से जुड़ी२.५ संभावित मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकता है19 ,20. पशुधन खेतों हवा में प्रधानमंत्री और माइक्रोबियल एयरोसोल्स के मुख्य स्रोतों में से एक हैं । इस तरह इंफ्लूएंजा वायरस और ब्रूसेला melitensis, कि पशुओं के खेतों के आसपास के खेतों में एयरोसोल्स द्वारा किए जाते है के रूप में रोगजनकों की बड़ी संख्या महत्वपूर्ण दोनों पशुधन और पोल्ट्री श्रमिकों में सांस की बीमारियों के कारण कारक हैं ।
इस अध्ययन में, हमने जैव-एयरोसोल के अनेक प्रकार के विश्लेषणों का पता लगाया, जिनमें पीएम संख्या निगरानी, एयरोसोल संग्रह और जैविक रचना विश्लेषण शामिल हैं. एयर नमूनों एक cyclonic एयरोसोल नमूना, फिल्टर और एक एंडरसन छह चरण नमूना के साथ एक उच्च मात्रा हवा पारखी द्वारा एकत्र किए गए थे. फिर, इन तीन samplers द्वारा एकत्र नमूनों जैविक विश्लेषण द्वारा विश्लेषण किया गया बैक्टीरियल 16S rDNA और कवक इसके अनुक्रमण सहित उनकी जैविक रचनाओं का निर्धारण करने के लिए. इस के साथ साथ, हम से प्रतिनिधि परिणाम दिखाने के लिए एयरोसोल बीजिंग धुंधला दिनों के दौरान एकत्र नमूनों और पशुधन का संकेत है कि एयरोसोल मानव और पशु स्वास्थ्य पर महान प्रभाव हो सकता है खेतों से । तरल और फिल्टर नमूना तरीकों के बीच तुलना भी इस अध्ययन में मुख्य रूप से 16S डीएनए और कवक अपने अनुक्रमण से डेटा के आधार पर पता लगाया गया ।
इस अध्ययन में, हम कुछ प्रतिनिधि परिणाम है कि धुंधला दिनों के दौरान और पशुधन खेतों में प्राप्त किया गया प्रदान की है । बीजिंग धुँधले दिनों के दौरान लिए गए एयरोसोल नमूनों से परिणाम बीजिंग धुंधला दिनों के दौरान उपस्थित पीएम के बिना पीएम की जैविक रचना की जैविक रचनाओं की बेहतर समझ की सुविधा है । पशुधन खेतों से लिए गए नमूनों से परिणाम भी piggeries में पर्यावरण वायु गुणवत्ता नियंत्रण और एक सैद्धांतिक नींव और पशुधन खेतों में स्वस्थ प्रजनन और सुरक्षित उत्पादन के लिए तकनीकी सहायता के लिए बुनियादी डेटा प्रदान करेगा । कई पर्यावरणीय कारकों, जैसे तापमान, आर्द्रता और हवा की गति, गाय घर में एयरोसोल कणों के वितरण में योगदान कर सकते हैं (चित्रा 1). पिछले अध्ययनों से पता चला है कि पशुधन खेतों में प्रधानमंत्री मुख्य रूप से चारा, मल, फर और पंख, जो पशु गतिविधियों से संबंधित हो सकता है से आता है । पर्यावरणीय कारकों से न केवल पशु गतिविधियों को प्रभावित कर सकते हैं, बल्कि एक अपेक्षाकृत बंद गाय घर में पीएम का एकत्रीकरण और प्रसार भी हो सकता है । इसलिए, हम चार अलग महीनों में प्रधानमंत्री के विभिंन सांद्रता और आकार वितरण का पता लगाने । इसके अलावा, स्वच्छता हालत, खिला विधि और पशु गतिविधि piggeries के चार प्रकार है, जो भी हवा (चित्रा 4) में culturable बैक्टीरिया की उनकी सामुदायिक संरचना को प्रभावित हो सकता है के बीच अलग थे ।
हालांकि, इस अध्ययन में, हम मुख्य रूप से उपलब्ध तरीकों पर ध्यान केंद्रित है कि हम संरचना और विभिंन पर्यावरणीय परिस्थितियों में अंय एयरोसोल्स के वितरण का अध्ययन करने के लिए उपयोग कर सकते हैं । अन्य माइक्रोबियल नमूनों के साथ तुलना में, उन हवाई सूक्ष्मजीवों के बहुत कम सांद्रता है और इस तरह के अकार्बनिक धूल कणों, जो संग्रह और का पता लगाने के दौरान कुछ कठिनाइयों का परिचय के रूप में अशुद्धियों की एक बड़ी संख्या के साथ मिश्रित कर रहे हैं ऐसे सूक्ष्मजीवों21। इसलिए, उपयुक्त संग्रह और पता लगाने के तरीकों माइक्रोबियल एयरोसोल्स के लिए चुना जाना चाहिए । माइक्रोबियल एयरोसोल नमूनों का संग्रह आम तौर पर तरल, अर्द्ध ठोस या ठोस नमूना मध्यम22,23,24 में सूक्ष्मजीवों को इकट्ठा करने के लिए वर्षा विधि या विशेष उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है . फिर, कुछ इसी तकनीकी उपचार और विशिष्ट परीक्षण और विश्लेषण कर रहे है बाद में25। नमूना मध्यम सूक्ष्मजीवों का पता लगाने और विश्लेषण के साथ जुड़े त्रुटि को कम करने के लिए बरकरार रखना चाहिए26. हालांकि, अलग एयरोसोल सूक्ष्मजीवों पारखी उनके अलग नमूना सिद्धांतों और मीडिया के कारण नमूनों की अखंडता पर अलग प्रभाव है । लोगों को इस तरह के inertial प्रभाव, निस्पंदन प्रतिरोध के रूप में विभिन्न नमूना सिद्धांतों, का उपयोग करें कि एयरोसोल नमूना के कई प्रकार के डिजाइन किए हैं, और इलेक्ट्रोस्टैटिक वर्षण27.
samplers प्रभाव निष्कर्षण उपकरण का उपयोग करके उच्च गति पर नमूना मध्यम में हवाई प्रधानमंत्री धक्का कर सकते हैं. ठोस और तरल: नमूना प्रभावित करने के दो प्रकार के होते हैं । ठोस प्रभावित पारखी एक कम एकाग्रता में नमूना एयरोसोल्स के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और लगभग अभेद्य हवा28प्रवाह के लिए किया जा सकता है । विभिंन आकारों के एयरोसोल कणों preliminarily किया जा सकता है, और रोगाणुओं सीधे संस्कृति के माध्यम है, जो culturable सूक्ष्मजीवों10के अस्तित्व की दर बढ़ जाती है में नमूना लिया जा सकता है । inertial प्रभाव के कारण, माइक्रोबियल एयरोसोल कणों आसानी से एक ही साइट पर टकराने, और कालोनियों संस्कृति के बाद आसानी से ओवरलैप कर सकते हैं । वर्तमान में, सबसे आम ठोस प्रभाव पारखी एंडरसन-6 माइक्रोबियल एयरोसोल नमूना है । इस अध्ययन में, हम विभिंन आकारों के हवाई प्रधानमंत्री में वितरित culturable बैक्टीरिया का अध्ययन करने के लिए एक एंडरसन छह चरण नमूना इस्तेमाल किया ।
Cyclonic एयरोसोल पारखी एक सिलेंडर या शंकु में उच्च गति से सर्पिल हवा के लिए चक्रवात का उपयोग करें । एयरोसोल कणों airflow से केंद्रापसारक बल द्वारा अलग किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि रोगाणुओं पारखी के भीतरी दीवार में टक्कर और फिर नमूना बफर द्वारा एकत्र किया जा सकता है । इस विधि सुविधाजनक है और बड़े प्रवाह और नमूना आपरेशनों में लंबे समय नमूना समय के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । हालांकि, यह विधि कम तापमान पर कार्यांवित नहीं किया जा सकता क्योंकि कार्रवाई लिक्विड पर निर्भर है । cyclonic एयरोसोल इस अध्ययन में इस्तेमाल पारखी एक cyclonic गीला-दीवार एयरोसोल नमूना है कि निकाल सकते है और हवा के नमूने के लिए पानी की एक छोटी सी मात्रा में हवाई रोगजनकों और कणों का हस्तांतरण29विश्लेषण के लिए है ।
फ़िल्टर पारखी कम तापमान की स्थिति के तहत काम कर सकते हैं और एक निश्चित आकार के ऊपर कणों नमूना कर सकते हैं. हालांकि, वे माइक्रोबियल गतिविधि पर एक महान प्रभाव है और नुकसान की संभावना है, जो बहुत नमूना गतिविधि पर बाद के अध्ययनों को प्रभावित करेगा । इस अध्ययन में, बीजिंग धुंधला दिनों से एयरोसोल नमूने फिल्टर और एक cyclonic एयरोसोल पारखी के साथ दोनों एक उच्च मात्रा हवा नमूना का उपयोग करके एकत्र किए गए थे । इस प्रयोग का उद्देश्य पीएम की जैविक रचना को अलग और हवाई रोगाणुओं के संवर्धन के बिना विश्लेषण करना था । इसलिए, इन दो नमूने के तरीके इस अध्ययन के लिए उपयुक्त थे । cyclonic एयरोसोल पारखी विधि के लिए, एक कम एकाग्रता पर हवाई रोगाणुओं चल बफर में आसानी से निकाला जा सकता है और फिर आमतौर पर फिल्टर नमूनों के लिए इस्तेमाल किया जाता है कि अतिरिक्त उपचार के बिना सुविधा का विश्लेषण किया जा सकता है. इस अध्ययन में, इन दो नमूना तरीकों, cyclonic एयरोसोल पारखी और फिल्टर नमूना, अलग नमूना दक्षता दिखाया. सामान्य रूप से फ़िल्टर नमूने, जैसे फ़िल्टर से नमूना पुनर्प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है जो अतिरिक्त उपचार इन दो विधियों के बीच मुख्य अंतर में से एक है । इसके अलावा, हवा के नमूने cyclonic एयरोसोल पारखी द्वारा सीधे चल रहे बफर में एकत्र किया गया जबकि अन्य विधि फिल्टर पर नमूने एकत्र किए गए. नमूना विधि के विभिंन प्रकार की विशेषताओं के इस अलग नमूना दक्षता के लिए योगदान हो सकता है । हम मान सकते है कि cyclonic एयरोसोल पारखी सूक्ष्मजीवों संग्रह के लिए बेहतर विकल्प है, और इस धारणा को और अधिक पुष्टि की जरूरत है ।
इस अध्ययन में, बैक्टीरियल 16S rDNA और कवक अपने क्षेत्र अनुक्रमण जैव एयरोसोल्स के जैविक विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया । 16SrDNA अनुक्रमण माइक्रोबियल जीनोम30में 16S rDNA क्षेत्रों का निर्धारण है । 16S rDNA व्यापक रूप से उच्च संरक्षण और विशिष्टता है, जो यह माइक्रोबियल प्रजातियों की पहचान के लिए उपयोगी बनाता है के साथ prokaryotes में मौजूद है31। पूरे जीनोम अनुक्रमण केवल जीनोमिक डीएनए और बाद के अनुक्रमण के निष्कर्षण की आवश्यकता है । डेटा की एक बड़ी राशि के उत्पादन के अलावा, इस प्रक्रिया को भी माइक्रोबियल समुदाय संरचना का एक अधिक व्यापक विश्लेषण के लिए अनुमति देता है । इसके अलावा, metagenomics भविष्य में और अधिक जानकारी प्रदान करके भी अध्ययन के इस क्षेत्र में इस्तेमाल किया जा सकता है । Handelsman एट अल । सबसे पहले मिट्टी३२में रोगाणुओं पर एक १९९८ कागज में metagenome की अवधारणा का प्रस्ताव किया । बाद के अध्ययनों में, metagenome की अवधारणा को धीरे से स्वीकार किया गया था, और अधिक अनुसंधान मानव आंत, महासागर और मिट्टी३३,३४,३५में शामिल रोगाणुओं पर किया गया था । उच्च प्रवाह अनुक्रमण प्रौद्योगिकी के समर्थन के साथ, metagenomics तेजी से विकसित किया गया है, और यह रोगज़नक़ का पता लगाने के अध्ययन में एक तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । पारंपरिक माइक्रोबियल अनुसंधान विधियों मुख्य रूप से जुदाई और शुद्धि के लिए संस्कृति पर निर्भर हैं । हालांकि, कई अध्ययनों से बाहर नहीं किया जा सकता है क्योंकि अधिक से अधिक ९९% रोगाणुओं का कल्चर नहीं किया जा सकता । पारंपरिक तरीकों के विपरीत, metagenomics अलग-अलग जीवों३६की आवश्यकता के बिना एक पूरे के रूप में पर्यावरण में सभी रोगाणुओं की आनुवंशिक जानकारी ले सकते हैं । सभी परिणामी सूक्ष्मजीवों का एक व्यापक विश्लेषण सीधे आयोजित किया जा सकता है ।
सारांश में, इस अध्ययन में कई पता लगाने, नमूना और विश्लेषण तरीकों कि पर्यावरण पीएम की जैविक संरचना पर अध्ययन के लिए किया जा सकता है, प्रधानमंत्री की निगरानी सहित दिखाया; प्रधानमंत्री एक एंडरसन छह चरण नमूना, फिल्टर या cyclonic एयरोसोल पारखी के साथ एक उच्च मात्रा हवा नमूना द्वारा नमूना; और बाद में जैविक डीएनए अनुक्रमण पर आधारित विश्लेषण । व्यवहार में, इन तरीकों विभिंन पर्यावरणीय परिस्थितियों में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसे पशुधन खेतों के कई प्रकार के रूप में । हमारे प्रोटोकॉल और परिणाम दुनिया भर में अंय शोधकर्ताओं मदद कर सकते है और पर्यावरण में कवक और बैक्टीरियल एयरोसोल्स के स्वास्थ्य प्रभावों का पता लगाने ।
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन के लिए वित्तीय सहायता चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (सं. ४१७७५१४८) से आया है । funders अध्ययन डिजाइन, डेटा संग्रह और विश्लेषण, प्रकाशित करने का निर्णय, या पांडुलिपि की तैयारी में कोई भूमिका नहीं थी ।
airborne laser particle counter | TSI Inc, MN, USA | model 9306 | |
Andersen six-stage sampler | Tisch Inc, USA | TE-20-600 | |
AxyPrep multisource DNA Miniprep Kit | Axygen, NY, USA | AP-MN-MIS-GDNA-50G | |
FastPfu Polymerase | TransGen Inc., Beijing, China | AP221-01 | |
High-volume air sampler | Beijing HuaRui HeAn Technology Co., Ltd., China | HH02-LS120 | |
Real-Time PCR System | Thermo Fisher Scientific, USA | Applied Biosystems® 7500 | |
Soybean-Casein Digest Agar | Becton, Dickinson and company, MD, USA | 211043 | |
Tissuquartz filters | Pall, NY, USA | 7204 | |
Wetted-Wall Air Sampler | Research International, Inc. 17161 Beaton Road SE Monroe, Washington 98272-1034 USA |
SASS 2300 |