南非城市污水处理厂生物气溶胶中机会性细菌病原体：威胁与应对

《Scientific Reports》：Opportunistic bacterial pathogens in bioaerosols emitted at municipal wastewater treatment plants, South Africa

为探究污水处理厂（WWTPs）生物气溶胶中细菌群落，研究人员分析样本，发现机械曝气生物气溶胶病原体更丰富，对保障工人健康意义重大。

　　

污水处理厂生物气溶胶中细菌病原体研究解读

在城市的运转体系中，污水处理厂（WWTPs）就像一个个 “隐形卫士”，默默处理着大量污水，维持城市的清洁与正常运转。然而，这个过程却隐藏着不为人知的风险。污水处理厂在处理污水时，曝气池会产生大量生物气溶胶，这些气溶胶中含有各种细菌、病毒等微生物，宛如一颗颗 “隐藏的炸弹”，威胁着人们的健康。特别是对于污水处理厂的工作人员来说，长期暴露在这样的环境中，感染疾病的风险大大增加。过去的研究虽然已经发现了生物气溶胶与健康问题之间的关联，但对于其中细菌群落的详细情况，尤其是不同曝气方式下的差异，了解还十分有限。为了填补这一知识空白，来自南非多个研究机构（Sefako Makgatho Health Sciences University、National Health Laboratory Service 等）的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要运用了高通量测序技术，对取自两个采用不同曝气模式的市政污水处理厂的生物气溶胶样本进行分析。具体步骤包括在特定时间、特定位置采集样本，之后对样本进行 DNA 提取，再通过 16S rRNA 测序及相应数据分析，来确定生物气溶胶中细菌的种类和丰度。

研究结果如下：

• 生物气溶胶中细菌群落的多样性：研究共获得 657,203 条高质量读数。基于香农多样性（Shannon diversity）分析发现，使用机械曝气（MAER）的污水处理厂（WWTP1）曝气池的物种多样性，比使用扩散曝气（DAER）的污水处理厂（WWTP5）曝气池更高。辛普森（Simpson）和逆辛普森（InvSimpson）指数也显示，WWTP1 曝气池的细菌丰富度和均匀度更高，背景对照样本中 WWTP1 也高于 WWTP5。
• 空气传播细菌群落组成：研究在八个生物气溶胶样本中鉴定出七个门，其中厚壁菌门（Firmicutes）在所有样本中都存在，变形菌门（Proteobacteria）和芽孢杆菌门（Bacillota）分别在六个和五个样本中被发现。在科的水平上，芽孢杆菌科（Bacillaceae）、莫拉克斯菌科（Moraxellaceae）和梭菌科（Clostridiaceae）是最常被检测到的科。属水平方面，芽孢杆菌属（Bacillus）在所有样本中占主导地位，不同污水处理厂及样本之间优势属有所差异，且使用机械曝气的 WWTP1 生物气溶胶样本中细菌属的种类更为多样。
• 生物气溶胶中共有和独特的属：通过维恩图分析发现，所有样本中共鉴定出 26 个属，其中不动杆菌属（Acinetobacter）和芽孢杆菌属在所有采样点都出现，不同污水处理厂及背景对照样本之间存在共有和独特的属，MAER 生物气溶胶样本中独特属最多。
• 城市污水处理厂空气中潜在的机会性空气传播细菌病原体：研究共鉴定出 36 种潜在的空气传播细菌病原体，包括 22 个不同的属和 18 个种。WWTP1 机械曝气生物气溶胶样本中检测到 28 种潜在病原体，WWTP5 扩散曝气样本中检测到 6 种。背景空气中也检测到一定数量的潜在病原体，不同样本中优势病原体有所不同。
• 已鉴定的机会性细菌病原体的风险分组分类：根据南非 2022 年修订的《有害生物制剂条例》，28 种细菌病原体被归类为有害生物制剂（HBAs），其中 27 种属于风险组 2，大肠杆菌 / 志贺氏菌（Escherichia/Shigella）属于风险组 2 或 3。研究还发现，生物气溶胶样本中 67%（24/36）的细菌为革兰氏阴性菌。

综合研究结果和讨论部分，此次研究意义重大。研究表明不同曝气模式会影响生物气溶胶中细菌群落的多样性和组成，机械曝气产生的生物气溶胶中细菌群落和特定病原体的丰富度和多样性更高。大量潜在的细菌病原体，尤其是高风险组的病原体以及革兰氏阴性菌的存在，意味着污水处理厂工人面临着较高的健康风险，可能引发呼吸道、胃肠道感染等多种疾病。这一研究结果为制定有效的生物气溶胶控制策略提供了科学依据，比如在使用机械曝气的污水处理厂，可以通过覆盖曝气池等工程控制措施减少生物气溶胶的产生，同时加强工人防护和管理措施，以保障工人的健康安全。未来还需要进一步研究生物气溶胶中其他潜在有害成分，以及开展长期研究了解其时空变化，通过更多现场风险评估，更全面准确地评估生物气溶胶对污水处理厂工人健康的风险 。