中国北部平原の都市部と農村部における生物由来の微粒子物質の特徴

Characteristics of biological particulate matters at urban and rural sites in the North China Plain.

• Fangxia Shen
• Yunhao Zheng
• Mutong Niu
• Feng Zhou
• Yan Wu
• Junxia Wang
• Tong Zhu
• Yusheng Wu
• Zhijun Wu
• Min Hu
• Tianle Zhu

抄録

生物由来の粒子状物質（bioPM）は、その濃度、大きさ、種類に応じて、人間の健康に大きな影響を与える。しかし、大気環境の違いによっては、それらの特徴が十分に把握されておらず、かなりのばらつきがあることが知られています。一例として、私たちは、オンラインモニタリング装置、紫外線空気力学的粒子測定器（UV-APS）、リムルス・アメボサイト・ライセート（LAL）アッセイ、ハイスループット・シーケンス法を用いて、都市部（北京）と華北平原（NCP）の農村部（王都）での生物由来の粒子状物質の違いを調査しました。一般的に北京では、王都サイトの生菌PM（0.79×10±1.4×10m）、エンドトキシン（15.1±23.96EU/m）に比べて、生菌PM（1時間平均：1.3×10±1.6×10m）、エンドトキシン（0.66±0.16EU/m）の濃度が低くなっていた。PM全体に占める生菌PM数濃度の割合は、北京で3.1%、王都で6.4%であった。生存可能なbioPMの約80%が1から2.5μmの範囲にあることがわかった。しかし、北京と王都では、生存可能な生物PMの大きさの分布パターンが異なり、PM汚染の影響を受けており、肺への沈着プロファイルが異なっていた。さらに、清浄日における生菌PMの日内変動は、両サイトでPM汚染の影響を受けて減少していた。北京市と王都市では、大気中に異なる細菌群集構造が見られた。北京市ではラクトコッカス属（49.5％）とシュードモナス属（15.1％）、王都市ではエンテロコッカス属（65％）とパエニバチルス属（10％）が優勢であった。北京市ではMyroides、Streptococcus、Propionibacterium、Dietzia、Helcococcus、Facklamiaなどのヒト由来の菌種が高く、都市大気環境におけるヒト由来の細菌排出が示唆された。これらの結果は、空気の種類によって生物種が異なることを示しており、異なる環境に住む人は生物学的な粒子曝露が大きく異なる可能性があることを示しています。

Depending on their concentrations, sizes, and types, particulate matters of biological origins (bioPM) significantly affect human health. However, for different air environments, they are not well characterized and can vary considerably. As an example, we investigated the bioPM differences at an urban (Beijing) site and a rural (Wangdu) site in the North China Plain (NCP) using an online monitoring instrument, an ultraviolet aerodynamic particle sizer (UV-APS), the limulus amebocyte lysate (LAL) assay, and a high-throughput sequencing method. Generally, lower concentrations of viable bioPM (hourly mean: 1.3 × 10 ± 1.6 × 10 m) and endotoxin (0.66 ± 0.16 EU/m) in Beijing were observed compared to viable bioPM (0.79 × 10 ± 1.4 × 10 m) and endotoxin (15.1 ± 23.96 EU/m) at the Wangdu site. The percentage of viable bioPM number concentration in the total PM was 3.1% in Beijing and 6.4% in Wangdu. Approximately 80% of viable bioPM was found to be in the range from 1 to 2.5 μm. Nevertheless, the size distribution patterns for viable bioPM at the Beijing and Wangdu sites differed and were affected by PM pollution, leading to distinct lung deposition profiles. Moreover, the distinct diurnal variations in viable bioPM on clean days were dimmed by the PM pollution at both sites. Distinct bacterial community structures were found in the air from the Beijing and Wangdu sites. The bacterial community in urban Beijing was dominated by genus Lactococcus (49.5%) and Pseudomonas (15.1%), while the rural Wangdu site was dominated by Enterococcus (65%) and Paenibacillus (10%). Human-derived genera, including Myroides, Streptococcus, Propionibacterium, Dietzia, Helcococcus, and Facklamia, were higher in Beijing, suggesting bacterial emission from humans in the urban air environment. Our results show that different air harbors different biological species, and people residing in different environments thus could have very different biological particle exposure.

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