Varje storstad har sitt eget mikrobiella fingeravtryck

Ett internationellt konsortium av forskare har genomfört den största studien någonsin av de mikrober som finns på ytor och i luft i storstadsmiljöer jorden runt. Prover som samlats in från kollektivtrafik och sjukhus i 60 städer har gensekvenserades – och varje stad visade sig ha sin egen mikrobiella profil.

– Varje storstad har sitt eget ”molekylära eko” av de mikrober som definierar den, säger Christopher Mason, professor vid Weill Cornell Medicine i New York. Om du gav mig din sko, skulle jag kunna säga vilken stad i världen du kommer ifrån med ungefär 90 procents säkerhet.

Christopher Mason är en förgrundsgestalt i forskningen om städers inre liv. Och den som tog initiativ till det internationella konsortium som har möjliggjort arbetet: International MetaSUB Consortium (Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes).

MetaSUB är ett konsortium av laboratorier världen över som arbetar med att kartlägga mikroorganismer i tunnelbanesystemet.

Escherichia coli-bakterier förstorade 10 000 gånger i elektronmikroskop. Bild: Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU., Public domain, via Wikimedia Commons

Vad är mikrober?

En mikroorganism eller mikrob är en organism som är så liten att den inte kan ses med blotta ögat.  Det handlar om bland annat bakterier, arkeer, mögel och andra mikrosvampar. Mikroorganismer kan vara både encelliga och flercelliga. Men även virus brukar räknas till mikroorganismerna. Mikroorganismer finns i nästan överallt – och spelar en viktig roll i olika ekosystem.

Inre miljön större än den yttre

Eftersom merparten av världens befolkning (54 procent) bor i städer som utgör uppskattningsvis 0,5 procent av jordens yta är studier av urbana miljöer ett växande forskningsämne.

Den inre miljön i städer är större än den yttre miljön. I Manhattan är till exempel den inre miljön, där folk bor och arbetar, tre gånger större (172 km2)) än den yttre (59 km2). Kunskap saknas om vad som bor tillsammans med oss i de miljöer vi har skapat, och hur den osynliga mikrobfloran påverkar oss. Det som har prioriterats i den här studien är tunnelbanan – där miljontals människor umgås dagligen.

Ett av resultaten studien är en världsomspännande katalog över urbana mikrobiella ekosystem som bygger på nära 5000 prover tagna under tre år i de olika städerna på sex kontinenter.

Stadsspecifika mönster

Förutom distinkta mikrobiella ”fingeravtryck” för varje stad avslöjade analysen en kärnuppsättning av 31 arter som hittades i 97 procent av alla prover. Forskarna identifierade 4 246 kända arter av urbana mikroorganismer, men också 10 928 virus och 748 bakterier som inte finns i någon referensdatabas.

Resultaten har stor betydelse inom en rad områden. Den möjliggör upptäckt av hittills okända organismer och gener, den belyser möjliga tillämpningar inom folkhälsoarbete och kriminalteknik och den ger en bild av förekomsten av antibiotikaresistens i städer.

Forskningsområdet har stor betydelse för arbetet med att följa utbrott av både kända och okända sjukdomar och för studier av förekomsten av antibiotikaresistenta mikrober i stadsmiljöer.

Genom att samla in prover av mikrober och analysera deras gener hoppas forskarna att lära sig mer om bakterier, virus och andra mikroorganismer som lever bland människor. Till exempel kan forskningen hjälpa till att identifiera uppkomsten av antibiotikaresistenta stammar.

Låg förekomst av resistenta gener

Att förutsäga antibiotikaresistens från enbart genetiska sekvenser är utmanande, men forskarna kunde ändå visa att vissa städer hade mer resistensgener än andra, och att det kan finnas stadsspecifika mönster.

– Stockholmsproverna hör till dem där förekomsten av gener för antibiotikaresistens var lägst, vilket kan återspegla den ganska restriktiva förskrivningen av antibiotika i Sverige, säger Klas Udekwu från SLU, som har lett insamlingen av prover från Stockholms tunnelbana.

Antibiotikaresistens är en stor global hälsoutmaning. Den stora datamängd som samlades in av MetaSUB visar att kartläggning och övervakning av mikrober i kollektivtrafik kan ge viktiga nya insikter för såväl forskare som läkare och folkhälsomyndigheter.

Många faktorer visade sig påverka mikrobsamhällets sammansättning i en stad, bland annat folkmängd, folktäthet, på vilken höjd och breddgrad den är belägen, klimat och närhet till hav. Ett kustprov kan till exempel innehålla saltälskande mikrober medan ett prov från en tätbefolkad stad kan uppvisa en slående biologisk mångfald. Dessutom tycks mångfalden minska ju längre norrut en stad ligger.

Covid-19 (SARS-CoV-2) undersöks

Den teknik som MetaSUB-konsortiet använde för gensekvensering kan påvisa närvaro av olika bakterier, arkéer och virus vars arvsmassa är uppbyggd av dna. Virus där arvsmassan består av RNA, som covid-19, har alltså inte upptäckts i denna pre-pandemistudie.

– Förekomst och spridning av covid-19 i tunnelbanor och andra offentliga miljöer undersöks däremot i ett nytt projekt inom MetaSUB-konsortiet, bland annat i Stockholm, men analyserna är inte färdiga än, säger Klas Udekwu.

Christopher Masons grupp började samla in och analysera mikrobprover i New Yorks tunnelbanesystem 2013. När de hade publicerat sina första resultat kontaktade de forskare från hela världen, däribland Klas Udekwu och Per Ljungdahl från Stockholms universitet, för att få till stånd liknande studier i deras egna städer, vilket ledde till skapandet av MetaSUB-konsortiet.

– Den kartläggning som nu publiceras är ett första, men också ett stort, steg framåt mot målet att förstå den molekylära dynamiken i städer. På sikt kommer den ökade kunskapen att ha en positiv inverkan på hållbarhet, trygghet, säkerhet, och framtida planering av den urbana miljön.

– Systematisk övervakning av mikrobfloran i offentliga miljöer, till exempel tunnelbanan, borde bli standard i framtiden, så att vi kan upptäcka och följa spridning av patogena organismer och virus. Den rådande Covid-19-pandemin bekräftar värdet av detta, säger Per Ljungdahl.

Kontakt:

Klas Udekwu, forskare, institutionen för vatten och miljö; Sektionen för ekologi och biodiversitet, Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala, klas.udekwu@slu.se
Per O. Ljungdahl, professor, Stockholms universitet, Institutionen för molekylär biovetenskap, Wenner-Gren-institutet, per.ljungdahl@su.se