部分PM2.5是活的?测测雾霾中的生物成分

科技日报   2018-04-24 10:48:25
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受访者供图

   部分PM2.5是活的?测测雾霾中的生物成分

  本报记者李 禾

  当我们在讨论PM2.5、PM10时,可能没有想到它们在空气中有一部分是活的,还会自我繁殖,这就是指生物气溶胶。在北京大学近日召开的空气生物安全研讨会上,多位与会专家表示,大气污染防治,除关注各种化学成分,混杂其中的生物活性物质也应成为重要研究对象。

  北京大学环境科学与工程学院教授要茂盛说,生物气溶胶通常是指空气动力学直径在100微米以内的含有微生物或来源于生物性物质的气溶胶,包括悬浮于空气中的细菌、病毒、真菌及化学毒素等,是PM2.5、PM10等大气颗粒物的重要组成部分。

  

  与硫酸盐、硝酸盐和铵盐等化学成分的PM2.5、PM10相比,某些时候生物气溶胶对人体健康的威胁更大,对其监测预警和防护也提出了更高要求。

  粒径不同,健康危害不同

  生物气溶胶主要来源于土壤、植被、水体等排放,以及包括人类在内的动物、医院、养殖场、垃圾填埋场、污水处理厂等排放。不同来源、不同粒径的生物气溶胶颗粒由于毒性和在空气中悬浮时间不同,对人们的健康危害也存在显著差别。如风媒植物花粉颗粒、真菌和细菌的典型粒径分别在15—58微米、1—30微米和0.25—8微米,而病毒的粒径则小于0.3微米。

  要茂盛说,生物气溶胶呼吸暴露能导致下呼吸道感染、哮喘、过敏等各种呼吸系统疾病。如1918年爆发的H1N1流感使得全球5000万人死亡,如今流感病毒导致的下呼吸道感染仍然是人类第四大杀手,每年近300万人因此丧生。

  “PM2.5更小,可直接进入肺泡、血液等,因而被认为危害更大。”要茂盛说,与化学物质最大的区别是,如果生物气溶胶被吸入人体,不但能进入得更深,在一定条件下还可以自我繁殖,因其这一特性,特定生物气溶胶的危害是没有阈值的。

  研究表明,空气中常见的青霉菌属、曲霉菌属、孢子菌属等真菌都可以分泌过敏原,引发过敏性呼吸系统疾病;研究指出,生物气溶胶暴露还能促进健康人的血压显著升高,导致不可逆的慢性肺功能减退。

  要茂盛说,研究还发现,在雾霾天时,空气中生物气溶胶浓度水平显著高于非霾天的浓度水平;污染严重的城市明显高于乡村。“也就是说,雾霾时空气中的这些生物成分进一步加重了健康风险。”

  最快1分钟成监测预警巨大挑战

  “由于生物气溶胶的这些特性,在特定场所其处理、分析以及启用防护措施需要在3—5分钟内完成,其监测预警最佳时间为1分钟。”要茂盛说,这个时间的要求是对当今现有技术的巨大挑战。

  据介绍,为实现生物预警,美国耗资近1000亿美金,专门设置了“生物盾牌计划”。过去10年,北京大学生物气溶胶实验室研发了专门的空气生物安全防御系统BioSTAND(见图),即集成了空气、呼出气采样、酵母菌蛋白荧光等分析技术自动检测平台,首次以荧光标记的酵母菌实现了对细菌、PM2.5毒性指标的多方面实时在线监测等。

  人类细胞与酵母菌细胞一样有自噬现象,基本机理等也类似,并具有相似反应,通过PM2.5等对酵母菌基因的损害可推断出对人类基因的相关损伤。要茂盛说,实验室通过对酵母菌的上百种基因蛋白进行了高通量筛查,发现了氧化损伤蛋白(HSP60)、DNA修复蛋白(SSA1)等对空气中的PM2.5响应比较灵敏。“当PM2.5等对酵母菌发生了某些损伤,相对应的绿色荧光蛋白(GFP)就会表达并发光,然后被酵母菌蛋白荧光自动检测平台‘捕捉’到,这样就好像实时监测到不同地区每辆车的行驶拥挤状况。”要茂盛说。

   需建立大气污染毒性指标体系

  在此次研讨会上,中国人民解放军火箭军侯立安院士等多位专家均表示,大气污染防治本质上是为了最有效和最大限度地减小大气污染物对人体健康的影响,现有空气质量评价体系主要以质量浓度为标准,而忽略了不同颗粒物组分的差别,这其中包括有活性的生物气溶胶,这样会造成不计成本的污染物盲目减排,却没有获得额外的健康效益。因此,客观上需要建立大气污染毒性指标体系。

  要茂盛还表示,生物气溶胶和大气化学污染物的交互机制以及在其转化中的可能作用,以及对云的形成和气候变化的影响还需进一步了解;生物气溶胶与大气污染以及雾霾形成机制是否有关系,大气中微生物是否会参与氧化还原反应等都是一些从未探讨的科学问题,都值得去研究。

编辑:邓晓琦  
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