Varje storstad har sin egen typiska mikrobflora enligt ny global studie

Resultaten redovisades den 26 maj i två separata artiklar. En artikel i tidskriften Cell kan ses som en världsomspännande katalog över det urbana mikrobiella ekosystemet, baserad på provtagning av ytor på t.ex. ledstänger, handtag och sittplatser i sextio storstäder. I tidkriften Microbiome redovisas en kompletterande studie av innehållet i luftprover från sex storstäder. Stockholm ingick i båda studierna, liksom forskare från Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Stockholms universitet.

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.

– 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 denna forskning och den som tog initiativ till det internationella konsortium som har möjliggjort arbetet: International MetaSUB Consortium (Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes).

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. Därtill är den inre miljön i städer större en 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 denna studie är tunnelbanan – där miljontals människor umgås dagligen.

Stor mängd hittills okända virus och bakterier

Cell-artikelns världsomspännande katalog över urbana mikrobiella ekosystem bygger på nära 5000 prover tagna under tre år i städer på sex kontinenter. 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.

Stort värde för folkhälsoarbete

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. 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 i ny studie

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, såsom COVID-19, skulle alltså inte ha upptäckts i denna pre-pandemistudie. Klas Udekwu har dock samlat in just RNA-prov i över två år, och dessa kan nu analyseras tillsammans med nya prov tagna under pandemin.

– Förekomst och spridning av COVID-19 i tunnelbanor och andra offentliga miljöer undersöks i ett nytt projekt, bland annat i Stockholm, med gediget stöd från SciLifeLab i deras Environmental Virus Profiling-satsning, men analyserna är inte färdiga än, säger Klas Udekwu. Spår av SARS-CoV-2 förekommer onekligen i en del ytprov tagna under pandemin i olika bebyggda miljöer, men analyserna som innefattar sekvensering pågår fortfarande.

Från New Yorks tunnelbana till Stockholms

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, säger Per Ljungdahl. 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, t.ex. 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.

Klas Udekwu, som numera arbetar vid Sveriges lantbruksuniversitet, ledde provtagningen i Stockholms tunnelbanesystem, liksom bearbetningen av mer än 5000 MetaSUB-prover, bland annat en del som ingick i den aktuella studien. Han hjälpte också till att utveckla ett internationellt accepterat protokoll som var förutsättningen för ett effektivt och korrekt flöde för provanalyser.

En annan kollega, Eran Elhaik, som tidigare arbetade vid University of Sheffield, arbetar numera vid Lunds universitet där han kommer att inleda liknande regionala MetaSUB-undersökningar.

De vetenskapliga artiklarna

Danko et al. 2021. A global metagenomic map of urban microbiomes and antimicrobial resistance. Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.05.002 

Leung et al. Characterization of the public transit air microbiome and resistome reveals geographical specificity. Microbiome 9, 112 (2021). https://doi.org/10.1186/s40168-021-01044-7

Se även ett med detaljerat pressmeddelande från Cell
https://phys.org/news/2021-05-global-cities-microbes-signature-microbial.html

Kontaktpersoner i Sverige

Klas Udekwu, forskare
Institutionen för vatten och miljö; Sektionen för ekologi och biodiversitet
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
klas.udekwu@slu.se, 018-67 30 59, 073-844 15 92

Klas Udekwu fortsätter att leda MetaSUB-insatsen i Sverige och deltar även i ett forskningsprogram om övervakning av Covid-19 i miljön, med stöd av SciLifeLab och Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Per O. Ljungdahl, professor
Stockholms universitet
Institutionen för molekylär biovetenskap
Wenner-Gren-institutet
per.ljungdahl@su.se, 08-16 41 01

Per Ljungdahl och hans kollegor fortsätter att vara en integrerad del av planeringen och genomförandet av projekt och aktiviteter inom MetaSUB över hela världen.

Pressbilder

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Klicka för högupplöst foto. Fotograf ska anges.)

Klas Udekwu. Foto: Anna-Karin Landin/Stockholms universitet

Klas Udekwu under provtagning i Stockholms tunnelbana 2016. Foto: Anna-Karin Landin/Stockholms universitet