蜜蜂在其蜂箱中丢弃的废物可能蕴藏着关于我们城市公共健康的宝贵见解。在本周发表于《环境微生物学》杂志的一项研究中，科学家们分享了一种利用蜜蜂残骸收集环境微生物信息的新方法。识别城市中的细菌可以为研究人员提供一个城市微生物组多样性的快照，从而可能带来更好的健康结果。这项技术还可以帮助监测蜜蜂和人类的疾病致病细菌和病毒。
虽然我们看不到微生物，但它们在塑造我们的生存方面扮演着至关重要的幕后角色。例如，人体肠道中的微生物支持消化，帮助维持我们的免疫系统健康，并且是抵御引起食物中毒和其他感染的“坏”细菌的第一道防线。通常情况下，一个人的微生物组越多样化，其健康和福祉就越好。增加这种多样性的一种方法是与外部环境互动。
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“很多（微生物）对人类健康是有益的，”该研究的首席作者、纽约大学城市科学与进步中心助理教授Elizabeth Hénaff说。“本研究的目的是了解微生物组的全部多样性广度以及我们在城市环境中与之互动的微生物组。”
Hénaff和她的同事们知道他们想创建不同城市的微生物图谱，以便更好地了解每个区域的多样性。然而，他们不确定最好的前进方式是什么。一种想法是采集鼻拭子，但这对于在广泛多样的区域采集所有人鼻拭子来说是不切实际的。城市微生物组也可能因街区而异，需要大量的鼻拭子采集。另一种选择是废水监测，但研究人员想研究城市居民接触到的一切——而不仅仅是他们消化过的东西。然后，他们有了“啊哈”时刻：他们可以研究蜂箱。
由于蜜蜂在采集花蜜时会不断地与环境互动，并且它们经常会将旅途中携带的一些细菌、真菌和其他微生物带回蜂箱。“当蜜蜂采蜜时，它们会穿越与我们建造的环境的其他方面相关的各种微生物云，”Hénaff解释说。“它们会穿越池塘、水体以及人群的微生物云，如果它们恰好在同一个公园里的话。”
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。这使得他们能够将基因与各种与蜂箱健康相关的微生物物种匹配，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箱收集什么样本。
在纽约布鲁克林的一个试点项目中，科学家们与当地养蜂人合作。他们采集了蜂蜜、蜂胶（一种用于覆盖蜂箱内部的树脂状物质）、残骸和死蜂——任何能提供最多微生物信息的东西的拭子样本。
随后，他们发现蜂蜜和蜂胶中的微生物在不同蜂箱之间是相似的。“蜜蜂非常擅长控制自己蜂箱的微生物环境，”Hénaff补充说。唯一在不同蜂箱之间不同的物质是蜂箱底部留下的残骸，而这成为了他们在下一系列实验中收集的来源。
为了绘制城市微生物组的图谱，该团队从澳大利亚的悉尼和墨尔本、东京和威尼斯这四个城市的17个精心管理的蜂箱中采集了残骸样本。从蜜蜂残骸中提取的DNA包含了来自该地区植物、哺乳动物、昆虫、细菌和真菌等不同来源的物质。
每个城市都带着独特的微生物特征，这提供了一个生活状况的快照。研究中使用的威尼斯蜂箱里充满了木腐真菌。Hénaff说，这很合理，因为大多数建筑都建在沉木桩上。在澳大利亚，墨尔本的两个蜂箱含有大量的桉树DNA，而悉尼的蜂箱则显示出一种名为Gordonia polyisoprenivorans的细菌含量很高，这种细菌可以分解橡胶。东京的十二个蜂箱显示出莲花和野大豆的遗传线索——野大豆是一种在东亚常见的植物。一种叫做Zygosaccharomyces rouxii的酱油发酵酵母的含量也很高。
“对我来说，最有趣的是（结果）并不像我们所知道的关于这些城市及其文化的其他所有事物的脱节指标，而它实际上感觉像是一个我们不知道存在的拼图，它契合了我们对这些城市的整体理解，”Hénaff说。
这些残骸也有助于识别参与蜜蜂健康的微生物。该团队发现了三种蜜蜂作物微生物——Lactobacillus kunkeii、Saccharibacter sp. AM169和Frishella perrara——以及五种与昆虫肠道健康相关的物种。此外，还在不同城市发现了三种蜜蜂病原体。
接下来，该研究识别了蜜蜂外出时可能携带的人类病原体。研究人员专注于在东京收集的蜂箱信息，因为东京的蜂箱比其他城市多，因此有更多的数据用于DNA测序。他们检测到两种细菌：一种可能引起菌痢，另一种与猫抓热有关。然后，他们提取了引起猫抓热的病原体Rickettsia felis，并重建了其基因组。这样做不仅可以确认该物种存在于城市中，还可以确认它拥有与细菌相关的分子，使其能够传播疾病。
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Hénaff说，绘制不同城市微生物组的图谱可能是一种检测人类潜在有害病原体的附加工具。它还可以开辟监测空气传播病原体的新途径——自SARS-CoV-2的出现以来，人们对这一点越来越感兴趣。
美国农业部研究昆虫学家Jay Evans（未参与此项研究）表示，这种新方法“很好”，并且可以帮助识别城市植物环境中至少存在的微生物。然而，他对一些结果的过度解读表示担忧。Evans指出，研究中使用的一种物种基因组测绘算法以其“有点贪婪”而闻名，它会在当前可用的最佳微生物中进行匹配。这表明一些与细菌的基因匹配可能并不准确，需要进一步的测试来确认它们的存在。由于蜜蜂可能携带农药等非生物附着物，Evans还表示，如果研究人员能将这些生物学结果与农药专项研究以及农药如何影响蜂箱微生物组进行对比，那将会很好。
