城市生活垃圾为病原菌繁殖提供了理想的栖息地，但在这些环境中气载病原菌群落的动态特征和组装模式在很大程度上仍然未知。本研究基于扩增子和宏基因组学测序，与时空采样相结合，研究了厨余垃圾处理厂（FWTPs）空气环境中的潜在病原菌赋存。结果表明：在FWTPs空气环境中，病原菌是总细菌群落的重要组成部分（64.5%±20.6%，n=75)，其种类和相对丰度是城市背景空气环境的2-4倍，且能向周边空气持续贡献病原菌（>50%）。室内气载病原菌群落结构主要受处理环节影响，但在不同季节（夏季vs.冬季）和粒径（PM
2.5
vs.
PM
10
）之间是保守的。值得注意的是，以约氏不动杆菌（
Acinetobacter johnsonii
）为主的优势病原菌（即与生物膜相关的物种）不仅具备高水平的气溶胶化潜力，且它们在中性模型里始终占据上层优势生态位，这强调了它们的持久性暴露风险。病原菌群落组装主要受随机过程主导（58.8% ~ 96.8%），而环境变量仅能解释少部分的群落变异（3.4% ~ 28.7%）。此外，随机过程的相对重要性沿室外-室内梯度明显增加（84.9% - 96.5% vs. 71.3% -
76%），这可能与室内人为活动削弱微生物网络稳定性和环境过滤作用有关。总体而言，这项工作增强了我们对城市生活垃圾处理中气载病原菌群落的动态行为和健康风险的认知，并强调了FWTPs在传播气载病原体中关键作用。
图1 图文摘要
如图2所示，不同室内环境下的病原菌群落组成存在显著性差异（图2-c和图4），但同一室内环境在不同颗粒物类型（图2-a）和季节（图2-b）上却几乎维持着相似的群落特征（包括组成和丰富度）。同时，与室内空气相比，FWTPs相应室外空气中的病原菌群落出现了明显的变化（图2-d），其病原菌的相对丰度占比变小，但种类在增加（图3-b）。通过对室外样品中的病原菌进行溯源发现（图3-c和3-e），室内空气向相应的周边空气环境平均贡献了超过50%病原菌（WX: 63.5%；LG: 51.2%），且与室外空气之间存在着广泛的共享菌群（大于50%）。特别提及的是，无论是处理厂的室内还是室外空气，其病原菌的种类及相对丰度要均高于远离处理厂的空气样品（图3-b）。进一步，考虑到16s序列在种水平上进行分类学解析的局限性，宏基因组学方法验证了优势病原菌在厨余垃圾-空气环境中的存在情况。约67种优势病原菌（占比89.3%）在宏基因组比对结果中得到了证实，这些优势菌的平均丰度占比达到了94.2%，并且对于其中高丰度的病原菌（如
Acinetobacter johnsonii、Ralstonia pickettii、Nocardiopsis dassonvillei
等），在不同室内监测点也得到了比较相似的组成和丰度（图3-d）。
图2 气载病原菌群落结构差异（a）基于不同颗粒物类型；（b）基于不同季节；（c）基于室内不同采样点；（d）基于室内外不同采样点
Mantel分析表明氮（包括N
O
3
-
、总氮、铵根）和硫酸根与不同监测地点的病原菌群落普遍相关，同时温度和钾也能显著影响FWTP-TC室外空气中的病原菌群落。VPA分析进一步评估了所测量的环境因子对气载病原菌群落的影响程度。如图4-b所示，环境因子对室内空气病原菌群落变异的解释率仅为3.4-15.1%，尽管在室外环境中的解释率明显增大（24.0-28.7%），但大量的差异（室内空气平均为92.4%，室外空气平均为73.6%）依然无法被环境变量所解释，这也暗示着随机过程对病原菌群落塑造的重要性。为此，我们利用中性模型评估了随机过程对病原菌群落组装的影响。如图5所示，在不同监测点，中性群落模型均能拟合病原菌群落，这表明FWTPs空气环境中的病原菌群落的塑造主要受生态漂移和随机扩散等随机过程驱动。重要的是，包括
Acinetobacter
johnsonii
、Ralstonia
pickettii、Nocardiopsis
dassonvillei
以及
Saccharomonospora viridis
等优势病原菌在不同监测点均位于拟合曲线的上方，这表明这些高丰度病原菌均是FWTP空气的生态位优势物种。基于系统发育分箱的零模型进一步量化了随机性和确定性过程的相对贡献。如图4-c所示，病原菌群落的构建受到了随机性过程的广泛影响，其在群落组装过程中表现出58.8%至96.8%的相对重要性。在所有的随机性过程中，生态漂变是塑造室内空气病原菌群落最关键的过程，但在室外空气中则由生态漂变和扩散限制共同主导。和VPA结果一致，与室内空气相比，室外空气病原菌群落受到确定性过程的影响明显增大，且主要归因于同质选择（30.0%和41.2%）。
图5 气载病原菌群落塑造机制
总体而言，本研究揭示了实际厨余垃圾处理厂中气载病原菌群落的动态和组装模式，这为制定控制和评估相关生物风险的策略提供了有益的起点。我们观察到气载病原菌在FWTPs-空气环境中非常普遍，并且可以由室内大量迁移到室外环境中。此外，尽管病原菌群落组装受随机过程控制，但以约氏不动杆菌为主的病原菌（即与生物膜相关的物种）可以作为生态位优势物种，在不同监测点中持续存在。值得注意的是，与室外空气相比，随机过程在塑造室内病原菌群落组装方面的作用更大，这增加了预测工程环境中气载病原菌动态的难度。因此，迫切需要进一步开展包括深度采样和高通量病原菌鉴定方法在内的研究，以全面了解FWTPs中的气载病原菌污染特征。
