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市场动态MARKET DYNAMICS

NC:潮湿的墙体和家具中微生物迅速增长!

发布时间:2019-5-10 11:59:15阅读次数: .html 次分享到:


    定向刨花板(OSB):由木材或其他木质纤维素材料制成的碎料,在热力和压力作用下胶合成的人造板,主要用于家具制造。但具有容易吸湿的缺点。

    中密度纤维板(MDF):中密度纤维板是将木材或植物纤维经机械分离和化学处理手段,高压成型制成的一种人造板材,是制作家具较为理想的人造板材。

    石膏墙板:以天然石膏、磷石膏等原材料与多种无机材料复合而成。在建筑中做内隔墙,是国家墙改的推广产品,是最理想的新型建筑材料。

 

        建筑环境的微生物包含细菌、古菌、真菌、病毒和原生生物,这些微生物在不同的环境下都保持生长潜力。目前众多的研究发现微生物群落的生长速度与其居住的材料密度、物质类型、位置和环境条件均有关系。但是,此前的研究仅仅针对干燥材料,而微生物的生长速度与湿度是密切相关的。

        潮湿是建筑物种常见的现象,大约一半的家庭都经历过墙体的潮湿或发霉。潮湿及霉菌一直与人类的健康相关,会导致过敏和呼吸道疾病。那么我们墙体与家具中微生物在不同的湿度条件下的生长情况如何呢?4月16日,NC上发表的文章《Microbial and metabolic succession on common building materials under high humidity conditions》就此进行了研究。


测序方案

   细菌16S V4区,真菌ITS1区          Illumina miseq测序

结果

01

 可见霉菌的生长与计数

        在潮湿的材料表面,可见霉菌的生长速度更快,并且在材料表面的占比远大于干燥的材料(1a)。OSB和MDF霉菌的覆盖率最高,生长速度最快;在20天时,潮湿的OSB和MDF表面的微生物覆盖面积至少为50%,而干燥的则低于25%。防霉石膏板上没有发现肉眼可见的微生物的生长。

        荧光显微镜下观察表明,细菌样颗粒(BLP)和病毒样颗粒(VLP)的计数在15天内,随时间的增加而增加(1b)。不管材料潮湿或干燥,VLP的计数均低于BLP。





图1 不同类型样品的微生物生长速度不同


02

 细菌、真菌和代谢物的多样性

        根据香农指数(Shannon H′)的测量,研究中的细菌和真菌群落随着时间的推移多样性下降。多样性的减少表明某些群落成员相对丰度的增加,并表明在接种群落中某些类群优先增殖。

        细菌研究中,湿润样本的多样性下降速度更快,研究结束时的多样性明显低于非湿润样本(图2a),这表明某些细菌类群在潮湿环境中生长迅速,并在群落中占主导地位。

        在ITS真菌数据研究中,观察到湿润样本的多样性下降速度更快,湿润样本的多样性明显高于非湿润样本(图2b)。湿润样品中真菌多样性最初急剧下降,随后增加。这可能反映了一小部分类群的快速增长,这些类群迅速占据了群落的主导地位,随后是增长速度较慢的其他类群的也会增长。

        无论是湿润的还是非湿润的样本,随着时间的推移,代谢多样性没有显著变化(图2c)。




图2 香农指数


03

 微生物的变化


        在所有样本中,群落内细菌的多样性与真菌的多样性显著相关(Pearsonρ=0.28,P=0.0003)(图3a)。细菌和真菌的多样性与代谢物的多样性均无显著相关性。

        某些细菌(图3b)和真菌属(图3c)的相对丰度随时间发生了显著变化。细菌数据中,芽孢杆菌为湿润样本中的优势菌,在10天后平均相对丰度高达50%。在非湿润样品中,芽孢杆菌丰度也有所增加,但幅度要小得多。对假单胞菌属和欧文氏菌属也为类似的模式,它们在采样开始时所占比例很低,但在湿润样本中数量迅速增加。

        这些特定类群的变化反映出,在同一材料和接种位置的湿片和非湿材料随着时间的推移,其细菌和真菌群落结构差异变化非常大。





图3 群落演替概况


04

 微生物和代谢物多样性相关的因素


        使用Anosim来确定湿润条件、接种位置和材料这三个因素与微生物群落差异显著相关的相关性。在的细菌数据集中,湿润条件、位置和材料对细菌群落结构都有显著的影响,湿润具有最显著的效果(r=0.418),而位置对细菌群落结构的影响最不明显(r=0.133)。 

        润湿条件是影响真菌群落结构的最重要因素(r=0.564,p<0.0001),与细菌数据相比,湿样彼此之间的相似性远高于非湿润样品。

群落内代谢物的多样性也受到湿润条件(r=0.276,p<0.0001)的影响。材料在代谢物多样性(r=0.231,p<0.0001)中也起着重要作用,无霉菌石膏样品在代谢上特别相似,位置对代谢物的多样性无显著影响。





图4 NMDS图说明样本多样性的聚类


05

 细菌与真菌互作网络


        SparCC26用于量化组成微生物丰度数据的相关性,揭示了每个类群之间的共生模式。润湿条件似乎是推动菌群演替的最重要因素,即使源菌群相同,也会导致两种不同的菌群结构。



图5 SparCC OTU关联网络

结论


① 湿润材料具有较高的细菌和真菌生长速率,并以一些特定的微生物为主,尤其是芽孢杆菌属、欧文氏杆菌属、假单胞菌属和青霉属;

② 在OSB材料中,两种真菌合成的抗菌代谢物黑霉素和烟曲霉素C可能在微生物生长动力学中发挥重要作用。随着时间的推移,黑曲霉素、烟曲霉素C和曲霉菌的相对丰度逐渐增加,而在抗菌代谢物达到顶峰后,假单胞菌的丰度下降;

③ 其他材料相比,MF石膏上的真菌生长减少;

 此研究数据中,最常见的菌种是青霉,这是潮湿建筑物中常见的一种室内真菌,与过敏和哮喘有着一定的联系,而其他的曲霉则能产生真菌毒素(包括黄曲霉毒素)。



配图来源网络/侵删



参考文献:

Simon Lax , Cesar Cardona , et al . Microbial and metabolic succession on common building materials under high humidity conditions. Nature Communications . 2019.04.16




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