你用的微波炉里，养着一个细菌王国

环球科学 · 公众号 · 科学 · 2024-08-25 22:00

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随着按钮的声音响起，微波炉宇宙再一次迎来了一场灭顶之灾。

撰文 | 二七

审校 | clefable

1964年，美国微生物学家托马斯·布罗克（Thomas Brock）在驱车前往华盛顿州的途中，第一次踏入了美国 黄石国家公园 。他注意到，这里的高温热泉中，有一些粉色的丝状物——这是一些耐高温的细菌。

在此之前，人们曾认为细菌无法在高温环境中生存。黄石国家公园坐落在一座沉眠中的超级火山上，地下的岩浆系统将地下水加热，形成热泉。就在发现这些粉色细菌的地方， 水温甚至接近了沸点 。

这并不是唯一生活在黄石公园热泉中的微生物。第二年，在本科生哈德森·弗里兹（Hudson Freeze）的协助下，布罗克又从同一处泉水的下游分离出了另一种细菌，这里的温度也仅比水的沸点降低了一些。那年秋天，两位研究者想方设法在实验室中培养出了这种细菌。我们现在知道，这种细菌被命名为 水生栖热菌 （ Thermus aquaticus ），最适宜的生存温度是大约70摄氏度。

这个温度非常重要。1976年，另一组科学家团队在水生栖热菌中发现了一种名为 Taq聚合酶 的分子，这是一种DNA聚合酶，也就是说细胞能够利用这种酶，将已有的DNA双链复制为新的DNA。而最重要的是，正如水生栖热菌一样，Taq酶在高温下也能发挥作用。在布罗克发现水生栖热菌近20年后，Taq酶被应用于了 聚合酶链式反应（PCR）技术 ，它可以承受PCR技术中热循环过程所需的温度变化。PCR技术也让凯利·穆利斯（Kary Mullis）获得了1993年的诺贝尔化学奖。

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也正是从水生栖热菌开始，人们逐渐在越来越多意想不到的地方发现了微生物的踪影，例如在被称为“黑烟囱”的深海热液喷口，海洋漂浮的塑料垃圾中，甚至是在国际空间站内。微生物为了在这样艰难的环境下生产，往往拥有一些类似于Taq聚合酶一样的特殊生存技巧，而这些“生存技巧”就会成为人类生物技术领域的灵感来源。

然而，人们并不需要前往黄石国家公园，或是潜入海底，也能找到极端环境。有一种极端环境就在我们的厨房里： 微波炉 。

高温与干燥

微波炉释放的微波会使食物里的水分子发生振动，从而产生热量。这就意味着，在微波炉中长期居住的任何生命，都要忍受 反复的高温和长期干燥 。即使对微生物来说，这也不是什么美好的居住场合。（虽然微波炉会释放辐射，但释放的是电磁辐射，这是一种非电离辐射，这意味着它不会像电离辐射那样破坏生物的分子。）

这样的恶劣条件让我们天然产生了一些对微波炉的信任，一些人甚至认为微波炉可以给食物消毒，减少食品中微生物的存在并延长食品的保质期。最近，一项发表于《微生物学前沿》（ Frontiers in Microbiology ）的研究，首次分析了微波炉中的微生物群落。结果显示，微波炉并没有我们想象中那么值得信赖—— 这里不仅有微生物存活，甚至还发展出了自己独特的微生物群落 。

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研究者分别给30台微波炉进行了采样。这些微波炉来自三种不同的使用环境，其中10台是常见的 家用微波炉 ；10台属于共用的 公共微波炉 ，例如公司茶水间、自助餐厅或是便利店里的微波炉；还有10台是来自分子生物学和微生物学 实验室的微波炉 ，理论上来说，这些微波炉只会用于加热检测蛋白质和核酸的凝胶等实验用品，而不会用来加热食物。最终，他们在这30台微波炉上发现了分布在25个门747个属的细菌。

这些细菌展现出了独特的分布方式。其中，家用微波炉和公共微波炉的细菌组成类似，最常见的是变形菌门（Proteobacteria）的细菌，另外常见的细菌还包括厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。你或许会觉得这些名字很熟悉，因为这些细菌 常见于人体皮肤，以及其他人类经常接触的物体表面 。

但除此之外，这些常用于加热食物的微波炉中也检测出了一些会导致食源性疾病的细菌，包括克雷伯氏菌属（ Klebsiella ），肠球菌属（ Enterococcus ）和气单胞菌属（ Aeromonas ）的细菌。但我们也不必格外焦虑，因为这些细菌也经常出现在厨房其他物体的表面。或者说， 微波炉内的微生物，其实与厨房其他表面的微生物组成并没有很大差别 。 “与其他常见的厨房表面相比，微波炉中发现的微生物群并不产生独特或增加的风险，”这项研究的作者之一，丹尼尔·托伦特（Daniel Torrent）说。

肺炎克雷伯菌（图片来源：Janice Carr/CDC, Atlanta, USA/Wikipedia, Public Domain）

不过，实验室微波炉中的微生物则更加不同。除了细菌多样性明显强于家用微波炉之外，这里还发现了一些典型厨房表面上不存在的微生物。实验室微波炉中发现了更多耐高温、耐干燥的细菌。例如具有高效的DNA修复机制，可以耐高温、干燥，甚至耐电离辐射的异常球菌属（ Deinococcus ），以及已知在高温下更丰富的食酸菌属（ Acidovorax ）。如果脱离厨房环境，这些微波炉中的微生物组与太阳能电池板上的更类似。“我们怀疑，实验室微波炉中， 自然选择发挥了更大的作用 ，”研究者在论文中写道。

作者提出，在这种高辐射环境中，持续的热冲击、电磁辐射和干燥会反复选择具有高耐受力的微生物。家用微波炉富含与食物相关的细菌，这可能与它们主要用于烹饪有关。而实验室微波炉则发现了更多抗辐射、抗干燥和抗高温的分类群，表明这种 严酷的选择压力，塑造了研究发现的独特的微生物特征 。

人造环境

或许在人类不断发明出各种让生活更便利的设备时，并没有想到，我们也在生产出各种各样独特的表面，从而创造出一个又一个独具特色的微生物群落。多年来，研究者已经在热水器、洗衣机、洗碗机，甚至电梯按钮等“极端环境”中，发现了能在这里生存的微生物。

2015年，这项新研究的第一作者阿尔贝·伊格莱西亚斯（Alba Iglesias）就曾针对 胶囊咖啡机 展开过类似的研究。咖啡机也是一处极端环境——居住其中的微生物除了要适应不同温度的循环，还要忍受咖啡因的冲击。这项发表于《科学报告》（ Scientific Reports ）的研究，从头观察了一台全新的咖啡机如何在2个月内完成微生物群落的演替。

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在前30天里，胶囊咖啡机中的微生物组非常不稳定，从肠球菌，到厚壁菌，再到不动杆菌，几乎每过一个星期，咖啡机中的优势微生物都会发生变化。但最终，在大约 60天后，只有两个属的细菌可以保持优势。那就是 假单胞菌（ Pseudomonas ）和肠球菌（ Enterococcus ） 。其中，假单胞菌是少数已知能够 降解咖啡因 的细菌之一，而肠球菌虽然没有分解咖啡因的能力，但有可能对较高的咖啡因浓度 存在耐受 ，因此得以存活。

“这些研究正在向我们展示生命的多样性，”研究者在论文中写道，“以及在微生物世界中，还有多少等待探索的事物。”而对于更具体的，我们每一天的生活，“我们建议定期使用稀释的漂白剂溶液或市售消毒喷雾剂对微波炉进行消毒。”托伦特也建议道，“此外，重要的是每次使用后用湿布擦拭内表面，清除任何可能的残留物。如果有食物洒在微波炉里，也要立即清理，以 防止细菌生长 。”

参考链接：

https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2024.1395751/full

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4655483/

https://journals.asm.org/doi/full/10.1128/aem.02755-17

https://www.eurekalert.org/news-releases/1053420

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