干旱区博物馆皮革文物微生物生态评估与抗菌策略研究——以新疆为例

《Scientific Reports》：Assessment of airborne and surface microbes on leather cultural relics in museums of arid regions represented by xinjiang, China

本研究针对干旱区博物馆皮革文物的微生物降解问题，通过空气与表面微生物采样、宏基因组测序及抗菌实验，系统分析了新疆三家博物馆的微生物群落结构及降解风险。研究发现，干旱环境微生物浓度较低（7.5–38.3 CFU/m3），但存在假单胞菌属（Pseudomonas sp.）、芽孢杆菌属（Bacillus sp.）等胶原降解菌；首次报道了分枝杆菌属（Mycobacterium sp.）、泛菌属（Pantoea sp.）和普里斯特菌（Priestia aryabhattai）在文化遗产中的存在。抗菌实验表明0.5% K100（异噻唑啉酮类）抑菌效果最佳。该研究为干旱区文物微生物防治提供了理论依据和实践策略。

　　

在广袤的新疆干旱区，千百年前的皮革文物静静躺在博物馆中，它们曾是丝绸之路上贸易与文化交流的见证者。这些以胶原蛋白为主要成分的文物，却面临着看不见的威胁——微生物的悄然侵蚀。尽管干旱的低湿度环境一度被认为能抑制微生物生长，但最新研究表明，某些耐旱菌株仍能在局部微环境中活跃，分泌酶类降解胶原纤维，导致文物脆化、变色甚至结构崩塌。这一隐患促使研究人员深入新疆三大博物馆（巴州、哈密、吐鲁番），展开一场关于微生物生态与文物保护的精准探索。

研究团队通过空气采样（Zr-2050采样器）、表面微生物宏基因组测序（Illumina NovaSeq平台）、胶原降解能力测定（骨明胶培养基）及抗菌剂抑制实验（K100、BC01、香芹酚、香叶醇），系统评估了微生物群落结构、功能基因及防治策略。样本来源于博物馆展柜周边空气及艾斯克萨尔墓地出土的皮革碎片，结合生物信息学分析（KEGG、eggNOG、CAZy、CARD数据库），揭示了微生物的降解机制与耐药特性。

分析博物馆空气中微生物组成

通过培养与分子鉴定，巴州博物馆以表皮葡萄球菌（Staphylococcus hominis）、假单胞菌属为主，哈密和吐鲁番博物馆均检出赭曲霉（Aspergillus ochraceus），吐鲁番博物馆还发现黑曲霉（Aspergillus niger）和黄曲霉（Aspergillus flavus）。空气中微生物浓度吐鲁番最高（38.3 CFU/m³），哈密最低（7.5 CFU/m³），显著低于潮湿地区博物馆（如重庆三峡博物馆达616 CFU/m³），证实干旱环境利于文物保存。

文物表面微生物的宏基因组分析

皮革碎片样本中，厚壁菌门（Firmicutes）为绝对优势菌群（>70%），其次为变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。属水平上，枝芽孢杆菌属（Virgibacillus）、慢生芽孢杆菌属（Lentibacillus）和海洋芽孢杆菌属（Oceanobacillus）占比最高，凸显盐耐受与孢子形成菌在干旱环境的适应性。功能注释显示，代谢通路基因丰度最高，其中氨基酸转运与代谢（如胶原肽酶）、细胞壁合成相关基因（如糖苷水解酶）丰达7645个，表明微生物能有效利用胶原作为碳氮源。

优势微生物的胶原降解能力

所有菌株均能在骨明胶培养基生长，其中假单胞菌属、芽孢杆菌属和普里斯特菌生长迅猛，黑曲霉与黄曲霉菌丝扩展最快（直径达4.8 cm），证实其胶原降解潜力。

抗菌剂抑制效果

0.5% K100对细菌和真菌均产生显著抑菌圈，效果优于0.03% BC01；植物源抗菌剂中，50 mg/mL香芹酚对芽孢杆菌属和曲霉属有抑制作用，但整体效果弱于化学制剂。

结论与意义

该研究首次系统揭示了干旱区博物馆微生物群落以耐盐、孢子形成菌为主导的特性，并发现3种新型文物相关菌（分枝杆菌属、泛菌属、普里斯特菌）。尽管干旱环境微生物浓度低，但特定菌株（如假单胞菌属、曲霉属）仍具强降解能力。抗菌剂筛选为文物防护提供了实践方案（推荐0.5% K100），同时宏基因组数据揭示了降解相关基因（如糖代谢、抗生素抗性基因），为后续靶向防治奠定基础。这项发表于《Scientific Reports》的工作，不仅为新疆文化遗产的精准保护提供了科学依据，也为全球类似环境下的文物微生物风险管理提供了范式。