新冠疫情COVID-19大流行凸显了新冠病毒气溶胶传播途径在疫情传播中的重要性，生物气溶胶这一古老但又年轻的科学研究对象在世界范围再次受到广受关注。近日，北京大学要茂盛教授和北京航空航天大学申芳霞副教授在《国家科学进展》（National Science Open, NSO）合作发表了题为“Bioaerosol nexus of air quality, climate system and human health”的最新综述（https://www.sciengine.com/NSO/doi/10.1360/nso/20220050 ），系统分析了2016年以来尤其是疫情爆发后生物气溶胶在空气质量、气候系统和人体健康三个领域中的研究进展，重点剖析了“人类世”和“一体化健康”背景下生物气溶胶研究在地球系统和人体健康中的连接作用。从300多篇精选的文献总结提炼，综合分析， 发现一些重要的科学问题包括重度空气污染天下空气中微生物的繁殖、代谢潜力，空气中过敏成分的日益增加导致的过敏疾病负担以及病原体通过空气传播等各种亟待回答的科学问题。通过该综述，希望在科学界进一步加强该领域研究，为解决当前面临的新冠疫情和霾空气污染双重困境提供更多的科学和技术支撑；同时也为更好理解生物气溶胶在整个地球系统中的作用提供了重要参考。
图1 生物气溶胶融汇空气质量、气候系统和人类健康
生物气溶胶是指悬浮在空气中的来源于生物源的病毒、细菌、真菌、花粉及其碎片物质等，粒径分布从纳米级到几十个微米不等。除了具备气溶胶的基本特性，生物气溶胶同时具备生命属性，属于空气中微小生命。该综述搜索了Web of Science数据库中2016年以来生物气溶胶相关的研究文献，搜集到超过6200条文献。文献分析结果表明，COVID-19疫情发生前生物气溶胶研究主要围绕生物气溶胶的物理和生物特征、霾污染下的生物气溶胶和室内生物气溶胶的健康效应开展，疫情后以新冠病毒为代表的病原体的气溶胶传播途径研究快速增加，但诸多科学问题仍待研究。
图2生物气溶胶2016年以来的研究文献计量分析
论文重点分析了生物气溶胶源排放以及在雾霾空气污染、气候过程、过敏、传染病和炎症相关的非传染性病中的相关研究，为进一步开展多学科交叉研究，从而厘清生物气溶胶与地球系统和人体健康相互作用，包括生物气溶胶的大气化学和生物过程、新发病原体和过敏原的空气传播、生物气溶胶暴露与人类微生物组和免疫健康等提供重要信息。
通过分析总结生物气溶胶的时空分布特征和排放源研究，发现生物气溶胶丰度、多样性和时空分布差异主要归因于气候、地理位置、土地利用方式、城市化、人类活动及人自身等因素。气候变化引起了生物气溶胶丰度水平在长时间序列中的增长趋势，而随机中性过程又在一定程度上塑造并维持了生物气溶胶多样性的相对稳定。在气候变化和城市化的大背景下，针对海洋、湿沉降、沙尘暴、植被和冰川等天然排放源，以及人类自身、养殖动物、污水/固废处理和医院等人为源的生物气溶胶排放的关注和重视度日益增长。然而不同源的排放强度与致病成分仍然不明朗，相关数据库严重缺乏。
图3 生物气溶胶的天然和人为排放源
针对重度空气污染的情况，科学界对生物气溶胶在雾霾空气污染中的特征变化进行了大量研究，明确了雾霾对生物气溶胶浓度水平和多样性的影响。然而生物气溶胶在雾霾发生过程中的作用尚不清楚，论文从四个角度讨论了生物气溶胶在霾空气污染中可能的参与形式，包括生物气溶胶的胞内代谢、生物气溶胶代谢对大气化学组分的转化、生物气溶胶组分的氧化还原活性以及生物气溶胶自身老化过程。论文以生物气溶胶中的特定类型的细菌、真菌细胞及其碎片蛋白质组分在成云、成冰中的凝结核作用研究为切入点，进一步讨论了生物气溶胶在传输过程以及沉降后对气候系统的潜在影响。论文指出，针对生物气溶胶在大气环境和表层地球系统之间的排放-传输-沉降-排放循环，需要进一步明确认为活动因素对该循环的影响，尤其是生物气溶胶在大气污染过程和气候变化中的影响途径和作用程度。
图4 生物气溶胶与大气化学过程相互作用的潜在途径
图5 生物气溶胶与气候系统的相互作用
围绕生物气溶胶和人体健康，论文分析了以新冠病毒为代表的病原体在传染性疾病爆发和流行、耐药基因方面的研究进展。针对近年来快速攀升的过敏性疾病，主要总结了气传花粉及其过敏原的特征和监测检测，重点突出了在空气污染和气候变化双背景下，对花粉及其过敏性、具有“佐剂效应”的空气污染物展开研究的重要性。同时，针对心脑血管疾病、癌症、慢性阻塞性肺病、哮喘等非传染性的慢行炎症性疾病，论文分析了生物气溶胶通过诱导炎症、影响人体微生物组等方式对人体免疫系统和健康的研究进展。论文指出，生物气溶胶处于人体、环境和微生物组之间相互作用的交叉界面，需要进一步探究环境变化对生物气溶胶特征的影响，以及生物气溶胶和化学物质共同暴露下对人体微生物组（尤其是呼吸道和皮肤微生物组）的影响和机制，从而更好的保护人类健康。
图6 生物气溶胶与人体健康
最后，论文从生物气溶胶在大气化学过程中的功能研究、生物气溶胶监测网络和生物气溶胶化学老化过程、气溶胶化学和生物组分协同效应、生物气溶胶与环境微生物组、人体微生物组的相互关系等方面进行了研究展望。总的来说，围绕生物气溶胶的研究有许多科学谜团值得进一步研究，需要跨学科研究来阐明生物气溶胶在空气质量、气候系统和人类健康等层面上的影响。特别是化学和生物的交互，新发病原体和过敏原的空气传播，生物气溶胶暴露与人类微生物组和免疫之间的关系等。
要茂盛教授为论文的通讯作者，得到了国家自然科学基金项目（22221004, 92043302，21725701)与广州实验室项目（EKPG21-02）的资助；申芳霞副教授为论文第一作者，得到了国家自然科学基金（42075117, 41807306）、北航青年拔尖人才项目（KG16137601）和教育部科技创新工作专项课题(30800002022133001)的资助。
