地中海中部地区空气微生物群落的空间变异特征：基于五地比较研究的生态与健康意义

研究人员针对地中海中部地区空气微生物群落的空间分布特征，采用DNA测序和组成型数据分析(CoDa)方法，对意大利、阿尔巴尼亚、马耳他和希腊五个区域的城乡海岸带样品进行系统研究。研究发现Sphingomonas细菌和Cladosporium真菌具有跨区域分布特征，而Geodermatophilus和Alternaria等微生物的分布则显著受地理环境影响。该研究为理解微生物气溶胶的传播规律及其对公共卫生的影响提供了重要数据支撑。

　　

在地中海这个气候独特的区域，空气中飘浮的微生物如同看不见的"隐形居民"，它们不仅参与全球生物地球化学循环，还可能携带致病因子威胁人类健康。然而，这些微生物群落在不同地理环境中的分布规律如何？哪些关键物种具有跨区域传播能力？这些问题长期困扰着环境微生物学家。传统研究方法受限于技术手段，难以全面揭示空气微生物群落的复杂组成和空间变异特征。

为解答这些科学问题，研究人员开展了一项跨越地中海中部五地的开创性研究。通过高通量DNA测序技术结合创新的组成型数据分析(CoDa)方法，团队系统比较了意大利萨伦托半岛、拉梅齐亚泰尔梅、阿尔巴尼亚、马耳他和希腊扎金索斯岛等28个采样点的空气微生物群落特征。研究特别关注了城乡差异和海岸带效应，为理解环境因素如何塑造空气微生物组提供了新视角。

研究采用了多项关键技术：1) 使用静电过滤器进行为期14天的生物气溶胶采集；2) 应用Illumina MiSeq平台对16S rRNA和ITS基因进行双端测序，获得超过650万条有效序列；3) 采用CLR转换和Aitchison距离等CoDa方法处理高通量测序数据；4) 通过主成分分析(PCA)和热图可视化揭示微生物群落结构差异。

细菌群落在属水平的分析
研究鉴定出1997个细菌OTUs，发现Sphingomonas在所有采样点普遍存在，显示其极强的环境适应性。Brevundimonas在沿海地区优势明显，如萨伦托的LE-C2和拉梅齐亚泰尔梅的LT-C1站点。耐旱菌属Geodermatophilus和Rubrobacter在干旱地区富集，这一发现通过PCA分析得到验证，前两个主成分解释了48.42%的变异。值得注意的是，马耳他岛样品呈现出独特的细菌组成，与希腊样品聚为一类，暗示岛屿环境对微生物群落的特殊筛选作用。

真菌群落在属水平的分析
对1645个真菌OTUs的分析显示，Cladosporium在乡村和海岸带广泛分布，特别是在扎金索斯岛的GR-C1和GR-C2站点丰度最高。Alternaria表现出更强的环境泛化能力，在各类生境中均有检出。研究还发现Penicillium在阿尔巴尼亚乡村站点AL-R1显著富集，这可能与当地农业活动有关。通过Aitchison距离聚类，研究人员成功将马耳他全部五个样品归为一组，显示岛屿真菌群落的独特性。

讨论与意义
该研究首次系统揭示了地中海中部地区空气微生物群落的空间分布格局。研究发现不仅证实了地理隔离对微生物组成的塑造作用，还识别出Sphingomonas和Alternaria等具有跨区域传播潜力的关键物种。这些微生物中，部分物种如Brevundimonas diminuta和Cladosporium cladosporioides是已知的机会致病菌，其分布规律对公共卫生风险评估具有重要意义。

从方法学角度看，研究创新性地将CoDa分析应用于空气微生物组研究，有效解决了高通量测序数据的组成型特征带来的分析难题。PCA和热图等可视化手段的运用，使复杂的微生物群落变异模式得以直观呈现。

这项发表在《Engineering Microbiology》的研究为理解地中海区域生物气溶胶的传播规律建立了重要基线数据。研究成果不仅对环境微生物生态学理论发展有推动作用，对制定区域性疾病防控策略、评估农业微生物风险也具有实际指导价值。未来研究可进一步结合气象数据和PM_2.5等环境参数，深入解析空气微生物传播的驱动机制。