Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1167110.32607/actanaturae.11671ReviewsОбзорыReview ArticleAbout the Biodiversity of the Air MicrobiomeО биоразнообразии микробиома воздухаhttps://orcid.org/0000-0003-2354-50657006889201B-2063-2010NaumovaNatalia B.НаумоваНаталья Борисовна
Russian Federation

Leading Researcher, Cand. Biol.Sci., Laboratory of Agrochemistry, Leading Engineer, Cand. Biol. Sci., Genomics Core Facility

в.н.с., к.б.н., лаборатория агрохимии, в.инж., к.б.н., ЦКП "Геномика"

nnaumova@mail.ruKabilovMarsel R.КабиловМарсель Расимович
Russian Federation

к.б.н., руководитель ЦКП "Геномика"

kabilov@niboch.nsc.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН2612202214450562812202111112022Copyright ©; 2023, Naumova N.B., Kabilov M.R.Copyright ©; 2023, Наумова Н.Б., Кабилов М.Р.2023Naumova N.B., Kabilov M.R.Наумова Н.Б., Кабилов М.Р.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11671

This brief review focuses on the properties of bioaerosols, presenting some recent results of metagenomic studies of the air microbiome performed using next-generation sequencing. The taxonomic composition and structure of the bioaerosol microbiome may display diurnal and seasonal dynamics and be dependent on meteorological events such as dust storms, showers, fogs, etc., as well as air pollution. The Proteobacteria and Ascomycota members are common dominants in bioaerosols in different troposphere layers. The microbiological composition of the lower troposphere air affects the composition and diversity of the indoor bioaerosol microbiome, and information about the latter is very important, especially during exacerbated epidemiological situations. Few studies focusing on the bioaerosol microbiome of the air above Russia urge intensification of such research.

В кратком обзоре рассмотрены свойства биоаэрозолей и некоторые последние результаты метагеномных исследований микробиома воздуха, проведенных с помощью методов высокопроизводительного секвенирования. Таксономический состав и структура микробиома биоаэрозолей могут демонстрировать суточную и сезонную динамику, зависимость от метеорологических явлений (пыльные бури, ливни, туманы и т.п.) и общего загрязнения. Как правило, в биоаэрозолях различных слоев тропосферы доминируют бактерии типа Proteobacteria и грибы типа Ascomycota. Микробиологический состав биоаэрозолей в нижних слоях тропосферы влияет на состав и разнообразие микробиома биоаэрозолей внутри помещений, информация об изменении которого актуальна в периоды обострения эпидемиологической обстановки. Небольшое число опубликованных работ о микробиоме биоаэрозолей воздушного пространства России ставит на повестку дня вопрос об интенсификации таких исследований.

bioaerosolmicrobiometroposphereatmospheric transportbiodiversityбиоаэрозольмикробиомтропосферавоздушный переносбиоразнообразиеРФФИRussian Foundation for Basic Research19-05-50032Jaenicke R. // Science 2005. V. 308. P. 73.Jaenicke R. // Sciencе. 2005. V. 308. P. 73.Moelling K., Broecker F. // J. Environ. Public. Health. 2020. Art.1646943.Moelling K., Broecker F. // J. Environ. Public. Health. 2020. Art. 1646943.Jia Y., Chen Y., Yan P., Huang Q. // Aerosol Air Qual. Res. 2021. V. 21. Art. 200497.Naqvi H.R., Datta M., Mutreja G., Siddiqui M.A., Naqvi D.F., Naqvi A.R. // Environ. Pollut. 2021. V. 268. Art. 115691.Després V.R., Huffman A.J., Burrows S.M., Hoose C., Safatov A.S., Buryak G., Fröhlich-Nowoisky J., Elbert W., Andreae M.O., Pöschl U., et al. // Tellus Ser. B Chem. Phys. Meteorol. 2012. V. 64. Art.15598.Després V.R., Huffman A.J., Burrows S.M., Hoose C., Safatov A.S., Buryak G., Fröhlich-Nowoisky J., Elbert W., Andreae M.O., Pöschl U., et al. // Tellus Ser. B Chem. Phys. Meteorol. 2012. V. 64. Art. 15598.Douwes J., Thorne P., Pearce N., Heederik D. // Ann. Occup. Hyg. 2003. V. 47. P. 187–200.Peccia J., Hernandez M. // Atmos. Environ. 2006. V. 40. P. 3941–3961.Šantl-Temkiv T., Sikoparija B., Maki T., Carotenuto F., Amato P., Yao M., Morris C.E., Schnell R., Jaenicke R., Pöhlker C., et al. // Aerosol Sci. Technol. 2020. V. 54. P. 520–546.Matthias-Maser S., Jaenicke R. // Atmos. Environ. 2000. V. 34. P. 3805–3811.Morris C.E., Sands D.C., Bardin M., Jaenicke R., Vogel B., Leyronas C., Ariya P.A., Psenner R. // Biogeosci. Discuss. 2008. V. 5. P. 191–212.Brodie E.L., DeSantis T.Z., Parker J.P.M., Zubietta I.X., Piceno Y.M., Andersem G.L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. P. 299–304.Xie W., Li Y., Bai W., Hou J., Ma T., Zeng X., Zhang L., An T. // Front. Environ. Sci. Eng. 2021. V. 15. Art. 44.Puspitasari F., Maki T., Shi G., Chen B., Kobayashi F., Hasegawa H., Iwasaka Y. // Air Quality, Atmosphere & Health. 2015. V. 9. P. 631–644.Safatov A., Agafonov A., Arshinov M., Baklanov A., Belan B., Buryak G., Fofonov A., Generalov М., Kozlov A., Lapteva N., et al. // Atmospheric and Oceanic Optics. 2018. V. 31. P. 519–531.Gong J., Qi J., E B., Yin Y., Gao D. // Environ. Pollut. 2020. V. 257. P. 113485.Li M., Qi J., Zhang H., Huang S., Li L., Gao D. // Sci. Total Environ. 2011. V. 409. P. 3812–3819.Park J., Tomoaki I., Masao N., Yamaguchi N. // Sci. Repts. 2016. V. 6. Art. 35706.Janyasuthiwong S., Rungratanaubon T., Saiohai T. // Int. J. Sci. Innov. Technol. 2021. V. 4. P. 41–49.Brągoszewska E., Mainka A., Pastuszka J.S. // Atmosphere. 2017. V. 8. Art. 239.Shaffer B.T., Lighthart B. // Microb. Ecol. 1997. V. 34. P. 167–177.Dong L., Qi J., Shao C., Zhong X., Gao D., Wan Cao W., Gao J., Bai R., Long G., Chu G. // Sci. Total Environ. 2016. V. 541. P. 1011–1018.Fahlgren C., Bratbak G., Sandaa R.-A., Thyrhaug R., Zweifel U.L. // Aerobiologia. 2011. V. 27. P. 107–120.Andreeva I.S., Safatov A.S., Puchkova L.I., Emelyanova E.K., Buryak G.A., Ternovoi V.A. // Optika Atmosfery i Okeana. 2021. V. 34. P. 408–413.Андреева И.С., Сафатов А.С., Пучкова Л.И., Емельянова Е.К., Буряк Г.А., Терновой В.А. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 6. С. 408–413.Safatov A.S., Andreeva I.S., Buryak G.A., Olkin S.E., Reznikova I.K., Belan B.D., Panchenko M.V., Simonenkov D.V. // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 651.Andreeva I.S., Safatov A.S., Puchkova L.I., Emelyanova E.K., Buryak G.A., Olkin S.E., Reznikova I.K., Ohlopkova O.V. // Bulletin of Nizhnevartovsk State University. 2019. № 2. P. 3–11.Андреева И.С., Сафатов А.С., Пучкова Л.И., Емельянова Е.К., Буряк Г.А., Олькин Е.С., Резникова И.К., Охлопкова О.В. // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2019. № 2. C. 3–11.Shammi M., Rahman M.M., Tareq S.M. // Front. Environ. Sci. 2021. V. 9. Art. 328.Georgakopoulos D.G., Després V., Frohlich-Nowoisky J., Psenner R., Ariya P.A., Pósfai M., Ahern H.E., Moffett B.F., Hill T.C.J. // Biogeosciences. 2009. V. 6. P. 721–737.Peccia J., Milton D.K., Reponen T., Hill J. // Environ. Sci. Technol. 2008. V. 42. P. 4631–4637.Deguillaume L., Leriche M., Amato P., Ariya P. A., Delort A.-M., Pöschl U., Chaumerliac N., Bauer H., Flossmann A.I., Morris C.E. // Biogeosci. Discuss. 2008. V. 5. P. 841–870.Christner B.C., Morris C.E., Foreman C.M., Cai R., Sands D.C. // Science. 2008. V. 319. P. 1214.Amato P., Menager M., Sanseime M., Laj P., Mailhot G., Delort A.M. // Atmos. Environ. 2005. V. 39. P. 4143–4153.Pratt K.A., DeMott P., French J., Wang Z., Westphal D.L., Heymsfield A.J., Twohy C.H., Prenni A.J., Prather K.A. // Nat. Geosci. 2009. V. 2. P. 398–401.Yoo K., Lee T.K., Choi E.J., Yang J., Shukla S.K., Hwang S.I., Park J. // J. Environ. Sci. 2017. V. 51. P. 234–247.Lierl M.B., Hornung R.W. // Ann. Allergy Asthma Immunol. 2003. V. 90. P. 28–33.Dales R.E., Cakmak S., Burnett R.T., Judek S., Coates F., Brook J.R. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2000. V. 162. P. 2087–2090.Rosas I., Salinas E., Yela A., Calva E., Eslava C., Cravioto A. // Appl. Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 4093–4095.Henningson E.W., Ahlberg M.S. // J. Aerosol Sci. 1994. V. 25. P. 1459–1492.Su X., Sutarlie L., Loh X.J. // Chem. Asian. J. 2020. V. 15. P. 4241–4255.Lim J.H., Nam S.H., Kim J., Kim N.H., Park G.S., Maeng J.S., Yook S.J. // J. Biomech. Eng. 2022. V. 144. № 7. P. 071008. doi: 10.1115/1.4053504.Garrido-Cardenas J.A., Manzano-Agugliaro F. // Curr. Genet. 2017. V. 63. P. 819–829.Shin S.K., Kim J., Ha S.M., Oh H.S., Chun J., Sohn J., Yi H. // PLoS One. 2015. V. 10. Art. e0126960.Marchesi J.R., Ravel J. // Microbiome. 2015. V. 3. Art. 31.Hou J., Sievert S.M., Wang Y., Seewald J.S., Natarajan V.P., Wang F., Xiao X. // Microbiome. 2020. V. 8. Art. 102.Osborne P., Hall L.J., Kronfeld-Schor N., Thybert D., Haerty W. // Environmental Microbiome. 2020. V. 15. Art. 20.Bashir A.K., Wink L., Duller S., Schwendner P., Cockell C., Rettberg P., Mahnert A., Beblo-Vranesevic K., Bohmeier M., Rabbow E., et al. / / Microbiome. 2021. V. 9. Art. 50.Zhou X., Leite M.F.A., Zhang Z., Tian L., Chang J., Ma L., Li X., van Veen J.A., Tian C., Kuramae E.E. // Environmental. Microbiome. 2021. V. 16. Art. 4.Bowers R.M., McCubbin I.B., Hallar A.G., Fierer N. // Atmos. Environ. 2012. V. 50. P. 41–49.Bowers R.M., Clements N., Emerson J.B., Wiedinmayer C., Hannigan M.P., Fierer N. // Environ. Sci. Technol. 2013. V. 47. P. 12097–12106.Bertolini V., Gandolfi I., Ambrosini R., Bestetti G., Innocente E., Rampazzo G., Franzetti A. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2013. V. 97. P. 6561–6570.DeLeon-Rodriguez N., Lathem T.L., Rodriguez-R L.M., Barazesh J.M., Anderson B.E., Beyersdorf A.J., Ziemba L.D., Bergin M., Nenes A., Konstantinidis K.T. // 2013. PNAS. V. 110. P. 2575–2580.Serrano-Silva N., Calderon-Ezquerro M.C. // Environ. Pollut. 2018. V. 235. P. 20–29Mu F., Li Y., Lu R., Qi Y., Xie W., Bai W. // Atmosph. Res. 2020. V. 231. P. 104676.Cao C., Jiang W., Wang B., Fang J., Lang J., Tian G., Jiang J., Zhu T. // Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48. P. 1499–1507.Xu J. // Genome. 2016. V. 59. P. 913–932.Deiner K., Bik H.M., Machler E., Seymour M., Lacoursiere-Roussel A., Altermatt F., Creer S., Bista I., Lodge D.M., de Vere N., et al. // Mol. Ecol. 2017. V. 26. P. 5872-5895.Deiner K., Bik H.M., Machler E., Seymour M., Lacoursiere-Roussel A., Altermatt F., Creer S., Bista I., Lodge D.M., de Vere N., et al. // Mol. Ecol. 2017. V. 26. P. 5872–5895.Luhung I., Uchida A., Lim S.B.Y., Gaultier N.E., KeeC., Lau K. J. X., Gusareva E.S., Heinle C.E., Wong A., Balakrishnan N. V., et al. npj Biofilms Microbiomes. 2021. V. 7. Art. 37.Luhung I., Uchida A., Lim S.B.Y., Gaultier N.E., Kee C., Lau K.J.X., Gusareva E.S., Heinle C.E., Wong A., Balakrishnan N.V., et al. npj Biofilms Microbiomes. 2021. V. 7. Art. 37.Wang Z., Li J., Qian L., Liu L., Qian J., Lu B., Guo Z. // J. Vis. Exp. 2019. V. 143. Art. e58795.Gusareva E.S., Gaultier N.P.E., Premkrishnan B.N.V., Kee C., Lim S. B.Y., Heinle C. E., Purbojati R.W., Nee A.P., Lohar S.R., Yanqing K., et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 21515.Gusareva E.S., Gaultier N.P.E., Premkrishnan B.N.V., Kee C., Lim S.B.Y., Heinle C.E., Purbojati R.W., Nee A.P., Lohar S.R., Yanqing K., et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 21515.Fan X.-Y., Gao J.-F., Pan K.-L., Li D.-C., Dai H.-H., Li X. // Environ. Pollut. 2019. V. 251. P. 668-680.Fan X.-Y., Gao J.-F., Pan K.-L., Li D.-C., Dai H.-H., Li X. // Environ. Pollut. 2019. V. 251. P. 668–680.Li W., Yang J., Zhang D., Li B., Wang E., Yuan H. // Front. Microbiol. 2018. V. 9. Art. 1741.Ruiz-Gil T., Acuña J. J., Fujiyoshi S.,Tanaka D., Noda J., Maruyama F., Jorquera M.A. // Environ. Int. 2020. V. 145. Art. 106156.Ruiz-Gil T., Acuña J.J., Fujiyoshi S., Tanaka D., Noda J., Maruyama F., Jorquera M.A. // Environ. Int. 2020. V. 145. Art. 106156.Tang K., Huang, Z., Huang, J., Maki T., Zhang Sh., Ma X., Shi J., Jianrong B., Zhou T., Wang G., et al. // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. 2017. P. 1–41.Tang K., Huang Z., Huang J., Maki T., Zhang Sh., Ma X., Shi J., Jianrong B., Zhou T., Wang G., et al. // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. 2017. P. 1–41.Pollegioni P., Mattioni C., Ristorini M., Occhiuto D., Canepari S., Korneykova M.V., Gavrichkova O. // Atmosphere. 2022. V. 13. Art. 224.Els N., Greilinger M., Reisecker M., Tignat-Perrier R., Baumann-Stanzer K., Kasper-Giebl A., Sattler B., Larose C. // Front. Microbiol. 2020. V. 11. P. 980.González-Martín C., Pérez-González C.J., González-Toril E., Expósito F.J., Aguilera Á., Díaz J.P. // Front Microbiol. 2021. V. 12. Art. 732961.Yamaguchi N., Park J., Kodama M., Ichijo T., Baba T., Nasu M. // Microb. Environ. 2014. V. 29. P. 82-88.Yamaguchi N., Park J., Kodama M., Ichijo T., Baba T., Nasu M. // Microb. Environ. 2014. V. 29. P. 82–88.De Deckker P., Munday C.I., Brocks J., O’Loingsigh T., Allison G.E., Hope J., Norman M., Stuut J., Tapper N., Kaars S.V.D. // Aeolian Res. 2014. V. 15. P. 133–149.De Deckker P., Munday C.I., Brocks J., O'Loingsigh T., Allison G.E., Hope J., Norman M., Stuut J., Tapper N., Kaars S.V.D. // Aeolian Res. 2014. V. 15. P. 133–149.Maki T., Kobayashi F., Yamada M., Hasegawa H., Iwasaka Y. // Aerobiologia. 2013. V. 29. P. 341–354.Maki T., Lee K. C., Kawai K., Onishi K., Hong C. S., Kurosaki Y., Shinoda M., Kai K., Iwasaka Y., Archer S.D.J., et al. // J. Geophys.Res.: Atmospheres. 2019. V. 124. P. 5579–5588.Maki T., Lee K.C., Kawai K., Onishi K., Hong C.S., Kurosaki Y., Shinoda M., Kai K., Iwasaka Y., Archer S.D.J., et al. // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2019. V. 124. P. 5579–5588.Meola M., Lazzaro A., Zeyer J. // Front. Microbiol. 2015. V. 6. Art. 1454.Jiang X., Wang C., Guo J., Hou J., Guo X., Zhang H., Tan J., Li M., Li X., Zhu H. // Environ. Men. Sci. Technol. 2022. V. 56. P. 9891–9902.Maki T., Furumoto Sh., Asahi Yu.,Lee K.,Watanab K., Aoki K.,Murakami M., Tajiri T., Hasegawa H., Mashio A.,Iwasaka Y. // Atmosph. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 8155–8171.Maki T., Furumoto Sh., Asahi Yu., Lee K., Watanab K., Aoki K., Murakami M., Tajiri T., Hasegawa H., Mashio A., Iwasaka Y. // Atmosph. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 8155–8171.Hiraoka S., Miyahara M., Fujii K., Machiyama A., Iwasaki W. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. Art. 1506.Zhou F., Ni M., Zhen Y., Su Y., W. Y., Zhu T., Shen F. // J. Aerosol. Sci. 2021. V. 156. Art. 105798.Genitsaris S., Kormas K.A., Moustaka-Gouni M. // Front Biosci. 2011. V. 3. P. 772–787.Trout-Haney J.V., Heindel R.C., Virginia R. A. // Environ. Microbiol. Rep. 2020. V. 12. P. 296–305.Bowers R.M., Lauber C.L., Wiedinmyer C., Hamady M., Hallar A.G., Fall R., Knight R., Fierer N. // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75. P. 5121–5130.Al Salameen F., Habibi N., Uddin S., Al Mataqi K., Kumar V., Al Doaij B., Al Amad S., Al Ali E., Shirshikhar F. // PLoS One. 2020. V. 15. Art. e0241283.Hanson B., Zhou Y., Bautista E.J., Urch B., Speck M., Silverman F., Muilenberg M., Phipatanakul W., Weinstock G., Sodergren E., Gold D. R., Sordillo J.E. // Environ. Sci. Process Impacts. 2016. V. 18. P. 713–724.Hanson B., Zhou Y., Bautista E.J., Urch B., Speck M., Silverman F., Muilenberg M., Phipatanakul W., Weinstock G., Sodergren E., Gold D.R., Sordillo J.E. // Environ. Sci. Process Impacts. 2016. V. 18. P. 713–724.Maki T., Chen B., Kai K., Kawai K., Fujita K., Ohara K., Kobayashi F., Davaanyam E.,Noda J., Minamoto Y., Shi G., Hasegawa H., Iwasaka Y. // Atmosph. Environ. 2019a. V. 214. Art. 116848.Maki T., Chen B., Kai K., Kawai K., Fujita K., Ohara K., Kobayashi F., Davaanyam E., Noda J., Minamoto Y., Shi G., Hasegawa H., Iwasaka Y. // Atmosph. Environ. 2019a. V. 214. Art. 116848.Rodó X., Curcoll R., Robinson M., Ballester J., Burns J.C., Cayan D.R., Lipkin W.I., Williams B.L., Couto-Rodriguez M., Nakamura Y., Uehara R., Tanimoto H., Morguí J.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. V. 111. P. 7952–7957.Rodó X., Curcoll R., Robinson M., Ballester J., Burns J.C., Cayan D.R., Lipkin W.I., Williams B.L., Couto-Rodriguez M., Nakamura Y., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. V. 111. P. 7952–7957.Rosa L.H., Pinto O., Convey P., Carvalho-Silva M., Rosa C.A., Câmara P. // Microb. Ecol. 2021. V. 82. P. 165–172.Yang T., Han Y.P., Li L., Liu J.X. // Huan Jing Ke Xue. 2019. V. 40. P. 1680–1687. [Article in Chinese]Nageen Y., Asemoloye M.D., Põlme S., Wang X., Xu S., Ramteke P.W., Pecoraro L. // BMC Microbiol. 2021. V. 21. Art. 134.Hanson M., Petch G.M., Ottosen T.-B., Skjøth C.A. // Sci. Total Environ. 2022. V. 830. Art. 154491Tang K., Sánchez-Parra B., Yordanova P., Wehking J., Backes A. T., Pickersgill D. A., Maier S., Sciare J., Pöschl U., Weber B., Fröhlich-Nowoisky J. // Biogeosciences. 2022. V. 19. P. 71–91.Tang K., Sánchez-Parra B., Yordanova P., Wehking J., Backes A.T., Pickersgill D.A., Maier S., Sciare J., Pöschl U., Weber B., Fröhlich-Nowoisky J. // Biogeosciences. 2022. V. 19. P. 71–91.