蜂巢是城市微生物秘密的蜜罐

蜜蜂在蜂巢中排出的废物可能为我们了解城市的公共卫生状况提供宝贵信息。在本周发表在《环境微生物组》杂志上的一项研究中，科学家分享了一种利用蜜蜂残骸从环境中收集微生物信息的新方法。识别城市中的细菌可以让研究人员了解城市微生物群的多样性，从而改善健康状况。该技术还可能有助于监测蜜蜂和人类中致病的细菌和病毒。

虽然我们看不到微生物，但它们在塑造我们的生存方面发挥着至关重要的幕后作用。例如，人类肠道中的微生物支持消化，帮助保持我们的免疫系统健康，并且是抵御导致食物中毒和其他感染的“坏”细菌的第一道防线。通常，一个人的微生物群越多样化，他们的健康和幸福感就越好。增加这种多样性的一种方法是与外界环境互动。

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“许多微生物对人类健康有益，”这项研究的主要作者、纽约大学城市科学与进步中心助理教授伊丽莎白·赫纳夫 (Elizabeth Hénaff) 表示。“这项研究的目标是了解微生物群落的多样性以及我们在城市环境中与之互动的微生物群落。”

Hénaff 和她的同事知道他们想要绘制不同城市的微生物图谱，以便更好地了解每个地区的多样性。然而，他们不确定最好的前进方式是什么。一个想法是擦拭鼻子，但在一个广阔而多样化的地区擦拭每个人是不切实际的。城市微生物群也可能因街区而异，需要大量擦拭。另一个选择是废水监测，但研究人员想观察城市居民接触到的一切——而不仅仅是他们消化的东西。然后他们灵光一现：他们可以研究蜂巢。

因为蜜蜂在采集花蜜时会不断与环境互动，它们返回蜂巢时经常会带回一些细菌、真菌和其他微生物。“蜜蜂在采集花蜜时，会穿越所有与建筑环境其他方面相关的微生物云，”Hénaff 解释道。“如果它们碰巧在同一个公园里，它们会穿越池塘、水体和人群的微生物云。”

科学家们使用一种称为宏基因组测序的技术来研究单个环境样本中发现的所有基因。这使他们能够将基因与与蜂巢健康相关的不同微生物物种相匹配，从而了解蜜蜂的健康状况。但首先他们必须弄清楚应该从蜂巢中收集什么样本。

在纽约布鲁克林的一个试点项目中，科学家与当地养蜂人合作。他们采集了蜂蜜、蜂胶（一种用于覆盖蜂巢内部的树脂状物质）、残渣和蜜蜂尸体的拭子样本——任何可以提供最多微生物信息的东西。

随后，他们发现，蜂蜜和蜂胶中的微生物在不同的蜂巢中是相似的。“蜜蜂非常擅长控制自己蜂巢的微生物环境，”Hénaff 补充道。不同蜂巢之间唯一不同的物质是蜂巢底部留下的碎屑，这成为他们在下一组实验中收集的来源。

为了分析城市微生物群，研究小组从全球四个城市的 17 个蜂巢中采集了垃圾样本：澳大利亚的悉尼和墨尔本、东京和威尼斯。从蜜蜂垃圾中提取的 DNA 含有来自不同来源的物质，包括该地区的植物、哺乳动物、昆虫、细菌和真菌。

每个城市都有独特的微生物特征，可以大致了解那里的生活状况。研究中使用的威尼斯蜂巢里充满了木材腐朽真菌。赫纳夫说，这个发现很有意义，因为大多数建筑都建在水下的木桩上。在澳大利亚，墨尔本的两个蜂巢含有大量桉树 DNA，而悉尼的蜂巢中则发现了一种名为Gordonia polyisoprenivorans的细菌的高含量，这种细菌可以分解橡胶。东京的十几个蜂巢显示出莲花和野生大豆（一种东亚常见的植物）的基因痕迹。一种名为Zygosaccharomyces rouxii的酱油发酵酵母的含量也很高。

“对我来说最有趣的是，这些结果并不像是与我们所了解的这些城市及其文化的所有其他事物脱节的指标，而实际上像是一块我们不知道存在的拼图，与我们对这些城市的一般理解相吻合，”赫纳夫说。

这些残渣还有助于识别与蜜蜂健康有关的微生物。研究小组发现了三种蜜蜂作物微生物——昆克氏乳杆菌、糖杆菌属 AM169和Frishella perrara——以及五种与昆虫肠道健康有关的微生物。研究小组还在各城市发现了三种蜜蜂病原体。

接下来，该研究确定了蜜蜂外出时可能感染的人类病原体。研究人员专注于在东京收集的蜂巢信息，因为东京的蜂巢比其他城市多，因此有更多数据用于 DNA 测序。他们检测到两种细菌：一种可引起细菌性痢疾，另一种与猫抓热有关。然后，他们提取了猫抓热的病原体——猫立克次体，并重建了基因组。这样做不仅使他们能够确认该物种存在于这座城市，而且还确认它具有与细菌相关的分子，使其能够传播疾病。

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赫纳夫说，分析不同城市的微生物组可能是检测人类潜在有害病原体的另一种工具。它还可以开辟调查空气传播病原体的新方法——自最近出现 SARS-CoV-2 以来，人们对此越来越感兴趣。

美国农业部昆虫学家杰伊·埃文斯（Jay Evans）未参与这项研究，他说这种新方法“很好”，至少可以帮助识别城市植物环境中的微生物。不过，他对高估某些结果表示保留。埃文斯指出，研究中使用的一种物种基因组图谱算法以“有点贪婪”而闻名，它匹配的是目前最好的微生物。这表明，一些与细菌的基因匹配可能实际上并不合适，需要进一步测试来确认它们的存在。由于蜜蜂可以搭载非生物搭便车者，比如杀虫剂，埃文斯还表示，研究人员最好将这些生物学结果与杀虫剂专项研究进行对比，看看这对蜂巢微生物群有何影响。