From Species to Signals: Exploring the Potential of Airborne eDNA and eRNA Analysis for Pathogen-Agnostic Monitoring at One Health Crossover Points
本研究表明，空气环境核酸（eNA）分析是一种全面的、非病原体特异性的监测工具，用于在“全健康”（One Health）界面监测动物、微生物和病毒群落，有效地补充了通过红外相机监测、生物声学以及无脊椎动物来源 DNA 来评估疾病溢出潜力的传统方法。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
我们呼吸的空气从未是空的。它承载着尘埃、花粉，以及每一个经过其中的生物所脱落的微观生命碎片。一只鸟儿翩翩飞过，留下了皮肤细胞和羽毛；一头猪在畜栏中移动，脱落了皮屑和毛发；一种真菌释放出孢子，随风飘荡。几十年来，科学家们已经学会了通过读取水和土壤中这些无形的痕迹，来识别其中存在的动物和微生物，而无需亲眼见到它们。这种被称为环境DNA（eDNA）分析的方法，彻底改变了我们追踪生物多样性的方式。现在，研究人员正将注意力转向空气本身，探究风是否能作为野生动物与家畜之间复杂相互作用的沉默见证者。这个问题至关重要，因为野生动物与农场动物之间的界限正在变得模糊。随着栖息地的变化，野生物种与驯养畜群的接触日益频繁，为疾病在不同群体间跨界传播创造了新的机会。了解这些交汇点存在哪些生物，是预防下一次疫情爆发的第一步，然而传统的观察动物的方法往往会错过那些体型较小、行动较快或更具隐蔽性的成员。
在最近的一项研究中，一个研究小组旨在测试采样空气是否能为这些关键交叉点提供完整的生命图景。他们将重点放在了荷兰的一个工作畜牧场，那里猪、牛和羊近距离共处，周围环绕着田野和自然保护区。目标是观察循环于农场内部及周围的空气，能否揭示出不仅包括农场动物，还包括造访该地的野生鸟类、哺乳动物、真菌和病毒。为此，研究团队在多个位置放置了空气采样器：包括用于通风并吸入洁净空气的猪舍内部、位于畜舍开放区域的外部，以及两个附近的自然保护区。这些机器在五月的两周内吸入了大量空气，并将尘埃和遗传物质捕捉在特殊的滤器上。随后，研究人员从这些滤器中提取DNA和RNA并进行测序，有效地读取了每一个在空气中留下痕迹的生物的遗传密码。
结果揭示了一个繁忙且隐形的微观世界。空气样本包含了53种不同脊椎动物的遗传特征，既包括预期的农场动物如猪和牛，也包括令人惊喜的一系列野生动物。农场现场显示出最高的生命多样性，位于猪舍内部及其外部的空气中都携带了鼹鼠、蟾蜍、鱼类和各种鸟类的痕迹。研究人员发现，空气样本捕捉到的物种范围比传统的红外相机陷阱更广，后者漏掉了几种被遗传方法检测到的小型哺乳动物和鸟类。然而，研究也表明没有任何一种方法是完美的。虽然空气样本在寻找小型哺乳动物以及各种真菌和细菌方面表现出色，但它们也错过了一些可以通过声学记录仪轻易听到的鸟类。同样，一种从昆虫尸体中收集DNA的方法捕捉到了几种空气采样器错过的物种，例如狍子。这表明，监测这些复杂环境的最佳方式是结合使用多种工具，每种工具都能捕捉到生物学拼图的不同部分。
除了统计动物数量外，空气样本还提供了微生物世界的详细地图。研究人员识别出了数以千计的细菌和真菌分类单元，以及近三千种病毒类型。猪舍内的空气主要由与动物及其垫料相关的细菌和真菌组成，而自然保护区则携带了不同的土壤和植物相关微生物。至关重要的是，研究发现空气样本可以检测到已知感染农场动物的特定病毒，例如引起猪肠道疾病的病毒，即便是在农场内满是牲畜的情况下也是如此。这种无需预先设定寻找目标的特定疾病，就能探测出潜在病原体的能力是一项强大的功能。它实现了一种不受限于预定义疾病清单的监测模式，而是可以标记出进入环境的任何新发或新兴威胁。
研究还强调了解读空气时的局限性和细微差别。样本中发现的每一条遗传信号并不一定意味着某种动物正站在那里。某些DNA，例如来自咸水鱼的DNA，很可能来自于动物饲料中的鱼粉，而非附近游动的鱼类。同样，病毒的存在并不总是确认存在活跃感染；它可能是通过粪便排出的，或者是随衣物带入的。研究人员指出，由于天气模式的变化，采样第一周和第二周之间的空气组成发生了显著变化，这表明空气是近期事件的动态记录，而非静态的快照。尽管存在这些复杂性，研究仍证明了单次、非侵入性的空气采样可以产生关于整个生命群落的丰富信息，涵盖从大型哺乳动物到最小病毒的所有层面。
通过将空气样本与相机陷阱、声音记录器和昆虫采集进行对比，研究人员表明，基于空气的遗传分析是一种稳健且多功能的监测工具。它并非取代其他方法，而是对它们的补充，填补了相机看不见和麦克风听不到的空白。通过仅仅分析其呼吸的空气来监测生态系统的健康状况，为观察疾病跨物种传播的早期迹象提供了一种新途径。随着世界面临病原体在物种间跳转的风险日益增加，这种方法提供了一种持续、静默观察塑造我们共同生物未来的隐形相互作用的方式。事实证明，空气中充满了故事，而我们终于学会了如何阅读它们。
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