【小小世界】都市的微生物地圖

假單胞菌。(圖片中為綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa) 圖片來源:wiki
假單胞菌。(圖片中為綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa)
圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

一個都市能有多少種細菌?在Jared Diamond的《槍砲、病菌與鋼鐵》中提到,群聚生活是細菌的溫床。事實上,我們身上的細菌總數,是身上細胞的十倍,而這些細菌,每天被我們帶來帶去。當我們說話、咳嗽、打噴嚏、抓頭、搔癢、甚至呼吸,都會將他們送出體外,降落在我們周遭的環境中;而我們碰觸周圍的事物,也會將環境中的微生物帶到自己身上。根據美國能源局的研究,當我們住到飯店裡,我們身上的細菌只需要六小時就可以佔領飯店的房間。

最近康乃爾大學的研究團隊,針對整個紐約的地鐵站、以及史坦頓島鐵路(Staten Island Railway),以及Gowanus運河與四個公園,與一個受到珊迪颶風侵襲後尚未開放的地鐵站進行大規模的「微生物普查」。他們為此還開發了一個App,以便讓每位進行普查的志工學生與研究生可以在進行拭子測試(Swab test)後,即時記錄下地點、時間、進行人員以及拍照。由於拿著棉花棒在地鐵車廂、車站內部擦呀擦的,看起來實在蠻可疑的,因此他們的學生志工不只一次被地鐵警察護送出站。

不過,他們還是完成了。整個紐約最多的生物是什麼呢?

答案是:不明生物(unknown organism),佔總體的48.3%。這個結果其實並不令人訝異,2013年的研究發現,紐約的空氣中,有25%-62%的DNA來自於未知生物。

除掉這些以後,細菌佔最多(46.93%);其中第一名的生物是:假單胞菌屬的Pseudomonas stutezi

其次是腸桿菌屬(Enterobacter)與寡養單胞菌屬(Stenotrophomonas)這兩屬細菌。不意外的,出入的人越多的點,細菌的種類就越多;其中時代廣場站與中央車站居冠。而所有在這些點找到的細菌,如果人類微生物體計畫(Human Microbiome Project)中的資料比對,會發現若以來自人身上的細菌來分,大致上來自幾個部位:皮膚、腸道與泌尿道。當然,由於我們每小時要掉落一百五十萬個皮膚細胞(不要擔心,他們是死的),所以皮膚的細菌(主要是金黃葡萄球菌Staphylococcus aureus)是第一名!

紐約的地下道也有找到病毒,約佔總體量的0.032%。不過,如果您以為最多的是感冒病毒,那您就錯了。最多的是噬菌體(bacteriophage),想想也頗合理,既然有這麼多細菌,吃細菌的生物不多反而很奇怪了。最多的噬菌體是phiX174(ΦX174),它們以腸桿菌屬的細菌為食。

phiX174。圖片來源:wiki
phiX174。圖片來源:wiki

真核生物的第一名是地中海實蠅(Ceratitis capitata)與山松甲蟲(Dendroctonus ponderosae),不過研究團隊認為,由於蟑螂在NCBI資料庫中沒有序列的資料,所以山松甲蟲的序列或許是蟑螂。當然,人的序列也很多,佔真核生物的第四名。

地中海實蠅。圖片來源:wiki
地中海實蠅。圖片來源:wiki

當然,這麼多的細菌,是否有病原菌呢?研究團隊還是有找到腺鼠疫的病原菌(Yersinia pestis)與炭疽病的病原菌(Bacillus anthracis)。總體來說,大約只有12%的細菌具有致病性,大部分存在於地鐵的細菌,若不是不具有致病性(57%),否則就是只對於免疫功能不良的人有害(31%)。

比較令人擔心的是,研究團隊在28%的地點找到抗藥性細菌,其中還有找到具有多重抗藥性菌株的例子。

至於那個在珊迪颶風後就不再使用的地鐵站呢?由於沒有人進入,研究團隊在其中找到的都是生活在海洋中的細菌。

為什麼要建立都市的微生物地圖?除了單純的科學上的好奇心以外,了解都市中的微生物分佈,長期下去或許也可以幫助我們了解都市的衛生狀況,或許也能幫助預防疾病散播。當然,雖然在幾個點找到了腺鼠疫與炭疽病的病原菌,但在測定的時間內並沒有這些疾病產生,這也幫助我們了解到:瘟疫的產生,並不是只要有幾隻細菌存在就會發生了。

參考文獻:
Christopher E. Mason et. al. 2015. Geospatial Resolution of Human and Bacterial Diversity with City-Scale Metagenomics. Cell Systems. 1:1-15. http://dx.doi.org/10.1016/j.cels.2015.01.001

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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