在過去的幾十年裡，研究人員揭開了人體內和體表微生物的非凡世界，將其影響與從類風溼性關節炎到健康的大腦功能等一切聯絡起來。然而，我們對周圍空氣中豐富的微生物和化學物質湯瞭解甚少，儘管我們每次呼吸都會吸入它們。
斯坦福大學基因組學研究員邁克爾·斯奈德認為這是一個主要的知識空白，因為他進行了長期研究，涉及使用生物標誌物來理解和預測人類受試者疾病的發展。“唯一缺少的東西是他們接觸”空氣中的微生物和化學物質，斯奈德說。“人類健康顯然不僅取決於基因組或微生物組，還取決於環境。而對環境進行取樣是最大的漏洞。”
在9月20日發表在《細胞》雜誌上的一項新研究中，斯奈德和他的合著者描述了他們為彌補這一不足所做的努力。他們的目標是使用一種可穿戴裝置，監測個人每天接觸的空氣傳播細菌、病毒、原生動物、真菌和化學物質——即所謂的外露組。過去類似的研究主要依賴於少數固定取樣站；斯坦福大學的研究人員轉而改進了一種現有的監測裝置，大小如大型廚房火柴盒，可以綁在人的上臂或放在附近。該裝置不斷吸取15名受試者在家中、工作場所和路上的空氣，將空氣透過單獨的過濾器，以收集生物和化學化合物。DNA測序，以及將結果與包含40,000個物種的參考基因組資料庫進行比較，表明這15名參與者接觸了2,560個生物物種——其中一千多個是在佩戴該裝置僅三個月後接觸到的。
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質譜分析在混合物中增加了3,300個化學訊號。研究人員能夠識別出其中不到三分之一的化學訊號——但他們指出，所有化學物質都通過了用於生物分析的孔徑過濾器，因此可能深入到人的下呼吸道。幾乎所有這些樣本都含有二甘醇，用於從剎車油到潤膚霜等產品中。驅蟲劑避蚊胺也無處不在，顯然主要是舊金山地區昆蟲友好的春季取樣的產物。該研究稱之為“一種以前未被認識到的潛在有害暴露型別”，並指出沒有政府機構“評估過吸入”此類化合物可能帶來的健康風險。
斯奈德和他的合著者認為，任何給定人的外露組都是兩個獨立但相互作用的“雲”的產物——這個術語讓人聯想到漫畫《花生》中人物小豬佩恩周圍塵土飛揚的陰影。一朵雲是環境的，與近鄰共享；另一朵雲更具個人性，由以人類和寵物為中心的細菌、真菌、寄生蟲和原生動物組成。測試物件分散在灣區各地，但這兩種雲的相互作用意味著個體外露組通常截然不同。
例如，斯奈德的外露組顯示出相對較低的吡啶暴露量，顯然是因為他家中的油漆缺少這種常見的抗真菌新增劑。因此，斯奈德也因此與豐富的真菌菌群共存。透過將輕度過敏的發作時間與他的外露組結果進行比較，他還發現引起他症狀的花粉不是來自他院子裡的松樹，正如他所懷疑的那樣，而是來自桉樹。
該研究的第一作者，斯奈德實驗室的博士後研究員姜超說，除了人類健康之外，外露組監測器“是研究我們周圍生物的進化和生態學，探索生命多樣性的絕佳工具”。它甚至可以提供對我們自己隱藏情緒的洞察。例如，該研究的許多樣本都含有土臭素——這種化合物是泥土氣味的來源，這種氣味使我們在乾旱後的降雨來臨時會深吸一口氣，而且常常帶著一絲喜悅。“這不僅僅關乎可能殺死我們的東西，”姜說。
斯坦福大學微生物學家大衛·雷爾曼沒有參與這項研究，他將這項新研究描述為“引人入勝，因為它提出的問題多於它可能回答的任何問題”。他說，環境健康研究通常無法解釋居住在同一地區並暴露於相同汙染物的人們之間個體健康的令人費解的差異。傳統的解釋是一種流行病學的聳肩：也許有些人經歷了不同的劑量？也許他們有遺傳易感性？
另一方面，外露組監測“允許大規模並行收集資料，”雷爾曼說。“這意味著我們可以尋找在同一地點或時間出現的環境因素組合，這些因素可能對人類健康產生協同甚至拮抗作用。”他建議，想象一下，一群人暴露於同一種有毒化學物質。結果可能表明，嚴重症狀僅發生在那些同時暴露於某種真菌孢子的人身上，而不是在沒有遇到該特定真菌的人身上。
“這項技術很棒。收集您接觸的微生物和化學成分的能力非常出色，”芝加哥大學微生物組研究員傑克·吉爾伯特補充說，他也沒有參與這項研究。“我想要這項技術。我希望將其用於我自己的研究。”
但吉爾伯特補充說，“這項研究的總體設計並不理想”，主要是因為他認為測試物件太少，並且在可比環境中的重複次數太少。他建議，更好的設計可能包括比較醫院中10或20名醫護人員與家中同等數量人員在一個月內的日常外露組。吉爾伯特補充說，斯奈德“一直非常坦誠地承認研究設計中的資料量並不完美”，這主要是出於預算原因。
根據該研究，每個監測裝置在改裝前花費2,700美元，樣本測試甚至更昂貴。但斯奈德表示，他的團隊現在希望在一年後在1,000名受試者身上部署微型版監測器——這款監測器大約只有小口袋火柴盒大小——最終目標是將外露組監測器的智慧手錶版本商業化。
斯奈德補充說，他目前佩戴著八種不同的監測裝置，包括三款智慧手錶，要麼是為了收集資料，要麼是為了評估新技術。他承認，第一版外露組監測器“有點笨重”。“而且隨著它們老化，嗡嗡聲更大。我的妻子注意到了。有時她說，‘你一定要戴著那東西嗎？’”但他補充說，在採訪過程中，它就在他的桌子上——在他說話時仍在監測。