NTU -forskarna använde ett nytt provtagnings- och DNA -sekvenseringsprotokoll för mikrobiella samhällen i Singapores luft. De fann att sammansättningen av det mikrobiella samhället i den tropiska luften förändras förutsägbart, med bakterier som dominerar på dagen och svampar på natten.
Detta dag-natt-mönster och mångfalden av luftburna mikroorganismer i atmosfären nära ytan var tidigare okänd, eftersom atmosfären är tekniskt utmanande att studera, gör det till det mest outforskade ekosystemet på planetarisk skala, jämfört med land- och havsekosystem.
Den nya kunskapen om tropiska bioaerosoler - små luftburna partiklar som innehåller svampar, bakterier och växtmaterial - rapporteras den här veckan i Förfaranden från National Academy of Sciences .
I forskningsrapporten som leds av NTU genomikprofessorn Stephan Schuster, laget rapporterade att tropisk luft hade en mikrobiell mångfald med liknande komplexitet som andra välstuderade ekosystem, som havsvatten, jord, och människans tarm.
Dessa bioaerosolsamhällen (luftburna partiklar av biologiskt ursprung) har ett oväntat högt antal bakterier och svamparter, och de följer en dielcykel (en 24-timmars dag- och nattcykel) som forskare tror drivs av miljöförhållanden som fuktighet, regn, solbestrålning och koldioxidhalter.
De visar också en större variation i sammansättning inom en dag än mellan dagar eller till och med månader. Denna robusta samhällsstruktur upprätthåller långsiktig förutsägbarhet, trots variationer i luftflöde och monsunalvindar över de tropiska årstiderna.
Professor Schuster, som är forskningsdirektör på SCELSE, sade att ha förmågan att analysera bioaerosoler ger insikter i många aspekter av stadslivet som påverkar vårt dagliga liv och mänskliga välbefinnande. Det ger också en förståelse för samspelet mellan atmosfäriska, planetiska och vattenlevande planetariska ekosystem, vilket är särskilt värdefullt under klimatförändringarna.
Vår nuvarande studie tyder på att temperaturen också är en global drivkraft för mikrobiell samhällsdynamik för atmosfären nära ytan. Sådan förståelse är grundläggande för att säkerställa ekosystemets hållbarhet i stadsmiljöer och utanför.
Lokalt, förstå bioaerosoldynamik kommer också att informera hur vi hanterar vår omgivande atmosfär, såsom effekten av inomhusluftkvalitet, mekanisk ventilation och föroreningar i luftmikrobiomerna som omger oss. Ytterligare, vår studie ger viktiga och välbehövliga insikter om bioaerosoler i en tropisk miljö, med tanke på att befintliga studier uteslutande har involverat tempererat klimat. "
Stephan Schuster, NTU genomikprofessor
I genomsnitt, människor andas in 11 kubikmeter luft dagligen (11 tusen liter), som kan innehålla cirka 50 tusen organismceller i tropikerna under dagtid, men 30 till 100 gånger så mycket på natten.
Forskarna säger att de börjar förstå effekten av luftmikrobiella samhällen på miljön och människors hälsa, med den mest omedelbara inverkan på patienter med andningssjukdomar. Ytterligare, skador på jordbruksgrödor kan undvikas på lång sikt, eftersom många av de upptäckta organismerna är växtpatogener eller ruttnande svampar.
Resultaten har fått forskargruppen att initiera ett pågående tvärvetenskapligt forskningsprojekt mellan SCELSE och NTU:s Lee Kong Chian School of Medicine inom andningshälsa.
Tillsammans med kliniska experter under ledning av andningsläkare assisterande professor Sanjay Chotirmall, Provosts stol i molekylär medicin, det gemensamma teamet bedömer hur bioaerosoler påverkar patienter med bronkit, kronisk obstruktiv lungsjukdom och svår astma.
Forskargruppen satte upp en serie luftprovsamlare på ett tak på NTU -campus, som samlade prover varannan timme under fem dagar (180 prover per tidsserie). Samma experiment upprepades var tredje månad i 13 månader, som inkluderade Singapores två monsun -säsonger.
Luftburen biomassa samlades in genom att pumpa luft genom ett elektrostatiskt filter som håller kvar partiklar från 0,5 till 10 mikrometer (cirka 50 gånger till 10 gånger mindre än medeltjockleken för ett människohår respektive). Tidigare, luftprover måste samlas i veckor eller månader för att samla ihop tillräckligt med material för analys.
Genom det nya ultralåga biomassa DNA-sekvensprotokollet utvecklat av NTU-forskargruppen, mycket mindre luftmängder kunde analyseras, möjliggör för första gången möjligheten att studera timförändringar i luftmikrobiomkompositionen.
Alla bioaerosoler klassificerades enligt deras DNA -likheter och skillnader, som möjliggjorde identifiering på artnivå av luftburna organismer efter jämförelse med befintliga DNA-sekvensdatabaser.
Forskarna överträffade nivån för identifiering av bioaerosoler som tidigare uppnåtts av forskare, utan att behöva förstärka DNA eller använda långsiktiga provtagningsperioder som inte ger tillräckligt detaljerad information med korta tidsintervall.
Tidigare studier av andra forskargrupper har rapporterat bioaerosolsamhällen baserat på antingen odling eller genamplifiering, som båda medför betydande fördomar och sammanlagda tid, utan att dock ha uppnått en tidsupplösning som skulle ha gjort det möjligt att observera den dagliga cyklingen av luftburna mikroorganismer.
Teammedlem Dr Elena Gusareva, en postdoktor vid NTU sa den oöverträffade omfattningen och djupet av analys och klassificering, tillät laget att identifiera fler än 1, 200 bakterie- och svamparter som utför ett föränderligt mönster av mikrobiell gemenskapssammansättning.
Pågående forskning vid NTU tittar nu på att använda samma metod för att analysera bioaerosoler globalt på andra platser, vilket kan ge liknande trender när det gäller att följa dielcykeln.
Mikroplast identifierad i mänskligt avfall för första gången
Forskning säger i SARS-CoV-2 hundinfektion,
Forskare utvecklar 3D -tryckt piller som provar bakterier som finns i tarmen
Växtfoder kan överföra antibiotikaresistenta superbugs till människor
DeNovix tillkännager vinnaren av Platinum DS11 FX+ spektrofotometer / fluorometer
Bestämning av syranutraliserande kapacitet för OTC-antacida
Immunceller reparerar skadad tarm hos barn med IBD
Enligt en ny studie publicerad i tidskriften Gastroenterologi , immunceller av ett visst slag som reglerar inflammatoriska processer och till och med hjälper till att återställa normal tarmfunktion
Begränsad tarminflammation vid COVID-19
COVID-19-sjukdomen kännetecknas främst av feber, hosta, och andningssymtom. Dock, det är också nu känt att det påverkar många andra organ, särskilt tarmen. Faktiskt, upp till 60% av de inlagda patient
Syra-pH förbättrar SARS-CoV-2-infektionen genom att uppreglera ACE2-receptorn
Den pågående coronavirus-pandemin 2019 (COVID-19) som orsakas av ett nytt coronavirus, nämligen, allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), har tagit mer än 4,6 miljoner liv vä