在过去的几十年里，研究人员揭开了人体内和体表微生物的非凡世界，将其影响与从类风湿性关节炎到健康的大脑功能等一切联系起来。然而，我们对周围空气中丰富的微生物和化学物质汤了解甚少，尽管我们每次呼吸都会吸入它们。
斯坦福大学基因组学研究员迈克尔·斯奈德认为这是一个主要的知识空白，因为他进行了长期研究，涉及使用生物标志物来理解和预测人类受试者疾病的发展。“唯一缺少的东西是他们接触”空气中的微生物和化学物质，斯奈德说。“人类健康显然不仅取决于基因组或微生物组，还取决于环境。而对环境进行采样是最大的漏洞。”
在9月20日发表在《细胞》杂志上的一项新研究中，斯奈德和他的合著者描述了他们为弥补这一不足所做的努力。他们的目标是使用一种可穿戴设备，监测个人每天接触的空气传播细菌、病毒、原生动物、真菌和化学物质——即所谓的外露组。过去类似的研究主要依赖于少数固定采样站；斯坦福大学的研究人员转而改进了一种现有的监测设备，大小如大型厨房火柴盒，可以绑在人的上臂或放在附近。该设备不断吸取15名受试者在家中、工作场所和路上的空气，将空气通过单独的过滤器，以收集生物和化学化合物。DNA测序，以及将结果与包含40,000个物种的参考基因组数据库进行比较，表明这15名参与者接触了2,560个生物物种——其中一千多个是在佩戴该设备仅三个月后接触到的。
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质谱分析在混合物中增加了3,300个化学信号。研究人员能够识别出其中不到三分之一的化学信号——但他们指出，所有化学物质都通过了用于生物分析的孔径过滤器，因此可能深入到人的下呼吸道。几乎所有这些样本都含有二甘醇，用于从刹车油到润肤霜等产品中。驱虫剂避蚊胺也无处不在，显然主要是旧金山地区昆虫友好的春季采样的产物。该研究称之为“一种以前未被认识到的潜在有害暴露类型”，并指出没有政府机构“评估过吸入”此类化合物可能带来的健康风险。
斯奈德和他的合著者认为，任何给定人的外露组都是两个独立但相互作用的“云”的产物——这个术语让人联想到漫画《花生》中人物小猪佩恩周围尘土飞扬的阴影。一朵云是环境的，与近邻共享；另一朵云更具个人性，由以人类和宠物为中心的细菌、真菌、寄生虫和原生动物组成。测试对象分散在湾区各地，但这两种云的相互作用意味着个体外露组通常截然不同。
例如，斯奈德的外露组显示出相对较低的吡啶暴露量，显然是因为他家中的油漆缺少这种常见的抗真菌添加剂。因此，斯奈德也因此与丰富的真菌菌群共存。通过将轻度过敏的发作时间与他的外露组结果进行比较，他还发现引起他症状的花粉不是来自他院子里的松树，正如他所怀疑的那样，而是来自桉树。
该研究的第一作者，斯奈德实验室的博士后研究员姜超说，除了人类健康之外，外露组监测器“是研究我们周围生物的进化和生态学，探索生命多样性的绝佳工具”。它甚至可以提供对我们自己隐藏情绪的洞察。例如，该研究的许多样本都含有土臭素——这种化合物是泥土气味的来源，这种气味使我们在干旱后的降雨来临时会深吸一口气，而且常常带着一丝喜悦。“这不仅仅关乎可能杀死我们的东西，”姜说。
斯坦福大学微生物学家大卫·雷尔曼没有参与这项研究，他将这项新研究描述为“引人入胜，因为它提出的问题多于它可能回答的任何问题”。他说，环境健康研究通常无法解释居住在同一地区并暴露于相同污染物的人们之间个体健康的令人费解的差异。传统的解释是一种流行病学的耸肩：也许有些人经历了不同的剂量？也许他们有遗传易感性？
另一方面，外露组监测“允许大规模并行收集数据，”雷尔曼说。“这意味着我们可以寻找在同一地点或时间出现的环境因素组合，这些因素可能对人类健康产生协同甚至拮抗作用。”他建议，想象一下，一群人暴露于同一种有毒化学物质。结果可能表明，严重症状仅发生在那些同时暴露于某种真菌孢子的人身上，而不是在没有遇到该特定真菌的人身上。
“这项技术很棒。收集您接触的微生物和化学成分的能力非常出色，”芝加哥大学微生物组研究员杰克·吉尔伯特补充说，他也没有参与这项研究。“我想要这项技术。我希望将其用于我自己的研究。”
但吉尔伯特补充说，“这项研究的总体设计并不理想”，主要是因为他认为测试对象太少，并且在可比环境中的重复次数太少。他建议，更好的设计可能包括比较医院中10或20名医护人员与家中同等数量人员在一个月内的日常外露组。吉尔伯特补充说，斯奈德“一直非常坦诚地承认研究设计中的数据量并不完美”，这主要是出于预算原因。
根据该研究，每个监测设备在改装前花费2,700美元，样本测试甚至更昂贵。但斯奈德表示，他的团队现在希望在一年后在1,000名受试者身上部署微型版监测器——这款监测器大约只有小口袋火柴盒大小——最终目标是将外露组监测器的智能手表版本商业化。
斯奈德补充说，他目前佩戴着八种不同的监测设备，包括三款智能手表，要么是为了收集数据，要么是为了评估新技术。他承认，第一版外露组监测器“有点笨重”。“而且随着它们老化，嗡嗡声更大。我的妻子注意到了。有时她说，‘你一定要戴着那东西吗？’”但他补充说，在采访过程中，它就在他的桌子上——在他说话时仍在监测。