部分PM2.5是活的？測(cè)測(cè)霧霾中的生物成分

本報(bào)記者 李 禾

當(dāng)我們?cè)谟懻揚(yáng)M2.5、PM10時(shí)，可能沒(méi)有想到它們?cè)诳諝庵杏幸徊糠质腔畹模€會(huì)自我繁殖，這就是指生物氣溶膠。在北京大學(xué)近日召開(kāi)的空氣生物安全研討會(huì)上，多位與會(huì)專家表示，大氣污染防治，除關(guān)注各種化學(xué)成分，混雜其中的生物活性物質(zhì)也應(yīng)成為重要研究對(duì)象。

北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授要茂盛說(shuō)，生物氣溶膠通常是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑在100微米以內(nèi)的含有微生物或來(lái)源于生物性物質(zhì)的氣溶膠，包括懸浮于空氣中的細(xì)菌、病毒、真菌及化學(xué)毒素等，是PM2.5、PM10等大氣顆粒物的重要組成部分。

與硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等化學(xué)成分的PM2.5、PM10相比，某些時(shí)候生物氣溶膠對(duì)人體健康的威脅更大，對(duì)其監(jiān)測(cè)預(yù)警和防護(hù)也提出了更高要求。

粒徑不同，健康危害不同

生物氣溶膠主要來(lái)源于土壤、植被、水體等排放，以及包括人類在內(nèi)的動(dòng)物、醫(yī)院、養(yǎng)殖場(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、污水處理廠等排放。不同來(lái)源、不同粒徑的生物氣溶膠顆粒由于毒性和在空氣中懸浮時(shí)間不同， 對(duì)人們的健康危害也存在顯著差別。如風(fēng)媒植物花粉顆粒、真菌和細(xì)菌的典型粒徑分別在15—58微米、1—30微米和0.25—8微米，而病毒的粒徑則小于0.3微米。

要茂盛說(shuō)，生物氣溶膠呼吸暴露能導(dǎo)致下呼吸道感染、哮喘、過(guò)敏等各種呼吸系統(tǒng)疾病。如1918年爆發(fā)的H1N1流感使得全球5000萬(wàn)人死亡，如今流感病毒導(dǎo)致的下呼吸道感染仍然是人類第四大殺手，每年近300萬(wàn)人因此喪生。

“PM2.5更小，可直接進(jìn)入肺泡、血液等，因而被認(rèn)為危害更大。”要茂盛說(shuō)，與化學(xué)物質(zhì)最大的區(qū)別是，如果生物氣溶膠被吸入人體，不但能進(jìn)入得更深，在一定條件下還可以自我繁殖，因其這一特性，特定生物氣溶膠的危害是沒(méi)有閾值的。

研究表明，空氣中常見(jiàn)的青霉菌屬、曲霉菌屬、孢子菌屬等真菌都可以分泌過(guò)敏原， 引發(fā)過(guò)敏性呼吸系統(tǒng)疾病；研究指出，生物氣溶膠暴露還能促進(jìn)健康人的血壓顯著升高，導(dǎo)致不可逆的慢性肺功能減退。

要茂盛說(shuō)，研究還發(fā)現(xiàn)，在霧霾天時(shí)，空氣中生物氣溶膠濃度水平顯著高于非霾天的濃度水平；污染嚴(yán)重的城市明顯高于鄉(xiāng)村。“也就是說(shuō)，霧霾時(shí)空氣中的這些生物成分進(jìn)一步加重了健康風(fēng)險(xiǎn)。”

最快1分鐘成監(jiān)測(cè)預(yù)警巨大挑戰(zhàn)

“由于生物氣溶膠的這些特性，在特定場(chǎng)所其處理、分析以及啟用防護(hù)措施需要在3—5分鐘內(nèi)完成，其監(jiān)測(cè)預(yù)警最佳時(shí)間為1分鐘。”要茂盛說(shuō)，這個(gè)時(shí)間的要求是對(duì)當(dāng)今現(xiàn)有技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)。

據(jù)介紹，為實(shí)現(xiàn)生物預(yù)警，美國(guó)耗資近1000億美金，專門設(shè)置了“生物盾牌計(jì)劃”。過(guò)去10年，北京大學(xué)生物氣溶膠實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了專門的空氣生物安全防御系統(tǒng)BioSTAND(見(jiàn)圖)，即集成了空氣、呼出氣采樣、酵母菌蛋白熒光等分析技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)，首次以熒光標(biāo)記的酵母菌實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)菌、PM2.5毒性指標(biāo)的多方面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等。

人類細(xì)胞與酵母菌細(xì)胞一樣有自噬現(xiàn)象，基本機(jī)理等也類似，并具有相似反應(yīng)，通過(guò)PM2.5等對(duì)酵母菌基因的損害可推斷出對(duì)人類基因的相關(guān)損傷。要茂盛說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)酵母菌的上百種基因蛋白進(jìn)行了高通量篩查，發(fā)現(xiàn)了氧化損傷蛋白(HSP60)、DNA修復(fù)蛋白(SSA1)等對(duì)空氣中的PM2.5響應(yīng)比較靈敏。“當(dāng)PM2.5等對(duì)酵母菌發(fā)生了某些損傷，相對(duì)應(yīng)的綠色熒光蛋白(GFP)就會(huì)表達(dá)并發(fā)光，然后被酵母菌蛋白熒光自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)‘捕捉’到，這樣就好像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到不同地區(qū)每輛車的行駛擁擠狀況。”要茂盛說(shuō)。

需建立大氣污染毒性指標(biāo)體系

在此次研討會(huì)上，中國(guó)人民解放軍火箭軍侯立安院士等多位專家均表示，大氣污染防治本質(zhì)上是為了最有效和最大限度地減小大氣污染物對(duì)人體健康的影響， 現(xiàn)有空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系主要以質(zhì)量濃度為標(biāo)準(zhǔn)，而忽略了不同顆粒物組分的差別，這其中包括有活性的生物氣溶膠，這樣會(huì)造成不計(jì)成本的污染物盲目減排，卻沒(méi)有獲得額外的健康效益。因此，客觀上需要建立大氣污染毒性指標(biāo)體系。

要茂盛還表示，生物氣溶膠和大氣化學(xué)污染物的交互機(jī)制以及在其轉(zhuǎn)化中的可能作用， 以及對(duì)云的形成和氣候變化的影響還需進(jìn)一步了解；生物氣溶膠與大氣污染以及霧霾形成機(jī)制是否有關(guān)系，大氣中微生物是否會(huì)參與氧化還原反應(yīng)等都是一些從未探討的科學(xué)問(wèn)題，都值得去研究。