Биология

Во время полетов над Японией, которые проходили на высоте до трех километров, ученые нашли в воздухе множество бактерий и спор грибов. Эти организмы могут способствовать распространению болезней по всему миру, в том числе синдрома Кавасаки, который в основном поражает детей до пяти лет.

В 1961 году японский педиатр Томисаку Кавасаки (Tomisaku Kawasaki) впервые обнаружил у детей в возрасте от нуля до пяти лет редкий воспалительный синдром. Он сопровождался целым рядом симптомов: высокой температурой, кожной сыпью, раздражением и покраснением глаз, опухшим языком. Иногда даже наблюдался сердечный приступ. На протяжении нескольких лет врач анализировал десятки похожих случаев, а в 1967-м официально представил научной общественности симптомы этого заболевания. Впоследствии синдром назвали в честь японского педиатра.

Исследователи долгое время спорили, что именно вызывает синдром Кавасаки: патогенные микроорганизмы, сбой в работе иммунной системы или сочетание этих двух факторов? Что любопытно, прирост заболеваемости у детей регистрировался скачкообразно.

В 2010-х годах специалист по вычислительной биологии Ксавье Родо (Xavier Rodo) из Барселонского института глобального здравоохранения в Испании заметил одну странность. Вспышки синдрома Кавасаки в Японии чаще происходят, когда ветры дуют с северо-востока Китая. Когда же эти ветры достигали Калифорнии, рост заболеваемости наблюдался и там.

Родо и его коллеги предположили, что ветры должны играть определенную роль в распространении синдрома. В китайских регионах, откуда они дули, много крупных ферм и животноводческих хозяйств, а также рудников под открытым небом. Авторы предыдущих исследований показали, что с этими ветрами перемещается что-то живое.

Команда испанского ученого решила проверить свое предположение. Для этого они воспользовались легким американским самолетом Cessna. Он поднял исследователей в воздушные массы, которые перемещались из КНР в сторону Японии. Всего ученые совершили 10 вылетов.

Исследование проводили на высоте от 1000 до 3000 метров над уровнем моря, в тропосфере — нижнем слое атмосферы, где содержится более 80 процентов всей массы атмосферного воздуха и приблизительно 90 процентов всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере воздушные массы быстро перемещаются на большие расстояния.

Самолет Cessna оборудован специальным окошком, через которое воздух поступал в трубу, ведущую к фильтру. В фильтр попадали аэрозоли — мельчайшие твердые частицы. Затем исследователи доставили образцы в свою лабораторию, где тщательно изучили. Результаты научной работы представлены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые выявили в образцах высокий уровень содержания элементов минерала гафния, который, вероятно, добывался в Китае. Также в образцах присутствовали споры грибов и бактерии, «прилепившиеся» к твердым частицам. Некоторые организмы смогли преодолеть расстояние в две тысячи километров и выжить: биологи вырастили их колонии в чашках Петри.

Когда исследователи выделили ДНК организмов, то обнаружили по меньшей мере 266 видов грибов и 305 видов бактерий. Многие из них принадлежали к группам, которые растут на растениях или живут в почве. Некоторые особенно хорошо растут в сильно загрязненной почве.

Другие принадлежали к группам, которые «мирно» живут в телах людей и не несут вреда. Но были среди них и патогенные микроорганизмы, вызывающие опасные инфекционные заболевания: например, Escherichia coli, Serratia marcescens, Prevotella melaninogenica, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus haemolyticus. Также ученые нашли микробы, устойчивые к противомикробным препаратам.

Авторы научной работы предположили, что найденные в образцах патогены ответственны и за синдром Кавасаки, хотя причины этого заболевания до сих пор не известны. Вероятно, болезнь вызывает комбинация определенных патогенов. Возможно также, что дети становятся уязвимыми только в том случае, если вдыхают загрязненный воздух, переносимый одним и тем же ветром.

Родо предположил, что патогенные микроорганизмы способны распространяться на большие расстояния благодаря сильным ветрам из северо-западной части Китая, где сильно развиты животноводство и выращивание сельскохозяйственных культур. Кроме того, среди причин ученые назвали ветровую эрозию почв, при которой происходят выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром и образование пылевого шлейфа. Не исключено, что некоторые патогены могут попадать в воздух в результате использования удобрений или из сточных вод.

Исследователи предупредили: у них нет прямых доказательств того, что микробы, обитающие на большой высоте, могут вызывать вспышки заболеваний у людей, когда опускаются на землю. Но ветры могут способствовать распространению болезней по всему миру.

Теперь ученые готовят эксперименты по исследованию образцов воздуха с помощью человеческих клеток, чтобы понять, действительно ли обнаруженные организмы могут нести вред здоровью людей.

Отметим, то, что в воздухе могут содержаться микроорганизмы, было известно давно. Впервые это стало понятно в 1920-х годах, когда исследователи обнаружили в небе над США споры грибов. Однако до сегодняшнего дня специалисты не догадывались о масштабах распространения этих организмов и что они могут перемещаться на столь большое расстояние, не погибая при этом.