Interaction of ambient ammonia and endotoxins with airborne and human nasal microbiome diversity in communities near large-scale poultry feeding operations

大型家禽饲养场附近社区环境氨和内毒素与空气和人类鼻腔微生物多样性的相互作用

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Due to the increase in poultry consumption nationally, the construction of mega-sized poultry feeding operations (PFO) in northeast Oklahoma is proceeding rapidly. The Oklahoma State Board of Agriculture approved a setback rule that imposes geographic restrictions on PFO. This rule, which is much less stringent than the previously proposed setback legislation, is not based on empirical exposure data. Since the rule went into effect on September 15, 2019, a substantial number of new PFO will be built, or existing PFO expanded, within a couple of years. Thus, an investigation of environmental health concerns in the affected community is urgently needed. The wave of new PFO construction that will ensue provides a time-sensitive opportunity for a baseline assessment of environmental exposures and microbiomes before the new PFO are stocked, followed by longitudinal post-assessments at critical times in the poultry raising cycle. PFO emit contaminants into the ambient atmosphere that can change the environmental and human nasal microbiome. The most common airborne contaminants emitted from poultry environments are ammonia and endotoxin, which is generated by production operations, manure storage, and land spreading of poultry litter. Ammonia is an odorous gas that results from the anaerobic decomposition of manure and carcasses. Numerous studies have found evidence that exposure to ammonia can irritate the eyes, nose, and mucous membranes in the upper respiratory tract, causing respiratory diseases. Similarly, endotoxin, the lipopolysaccharide part of the outer membrane of a gram-negative bacteria, is an odorless component that contributes to airway inflammation and plays a significant role in the adverse respiratory effects experienced in agricultural communities. Yet, the link between airborne contaminants from PFO and the related biological impact using a nasal microbiome have not been investigated in community-based participatory research. In this study, we will investigate the factors and mechanisms contributing to contamination levels to modulate the potential impact of PFO on residents' respiratory systems. Our central hypothesis is that living closer to a new PFO will be associated with a higher level of environmental exposure, which in turn will alter nasal microbiome patterns. The two goals of this time- sensitive R21 are 1) to assess levels of ammonia and size distribution of endotoxin particles in the air as a function of the resident's proximity to PFO and 2) to assess the interaction between the taxonomic community composition of the microbiota in the contaminated air and in the human nasal microbiome. The results of this study will enhance the current understanding of the mechanisms by which elevated levels of airborne contaminants from PFO alter the composition of the microbiota in air, eventually impacting respiratory health through changes in the composition and function of the nasal microbiome. The environmental metagenomics data longitudinally collected from this unique cohort will provide support for future studies using novel multi- omics approaches.
项目概要/摘要 由于全国家禽消费量增加,超大型家禽饲养场建设 俄克拉荷马州东北部的行动(PFO)进展迅速。俄克拉荷马州农业委员会 批准了一项对 PFO 施加地理限制的挫折规则。这条规则的严格程度要低得多 较之前提出的挫折立法,并非基于经验暴露数据。自从规则消失后 自2019年9月15日起生效,将新建大量PFO,或扩建现有PFO, 几年之内。因此,对受影响社区的环境健康问题进行调查是 急需。随之而来的新 PFO 建设浪潮为 在新 PFO 入库之前对环境暴露和微生物组进行基线评估,然后进行 通过在家禽饲养周期的关键时刻进行纵向后评估。 PFO 将污染物排放到 环境大气可以改变环境和人类鼻腔微生物组。最常见的 家禽环境中排放的空气污染物是氨和内毒素,它们是由 生产作业、粪便储存和家禽垫料的土地撒播。氨是一种有臭味的气体 粪便和尸体厌氧分解的结果。大量研究已找到证据 接触氨会刺激眼睛、鼻子和上呼吸道粘膜, 引起呼吸道疾病。同样,内毒素,即细胞外膜的脂多糖部分 革兰氏阴性细菌,是一种无味成分,会导致气道炎症并发挥作用 在农业社区所经历的不良呼吸系统影响中发挥着重要作用。然而,之间的联系 PFO 产生的空气污染物以及使用鼻腔微生物组的相关生物影响尚未得到研究 调查了基于社区的参与性研究。在本研究中,我们将调查影响因素和 影响污染水平的机制,以调节 PFO 对居民的潜在影响 呼吸系统。我们的中心假设是,住得离新 PFO 越近,与更高的 PFO 相关。 环境暴露水平,这反过来会改变鼻腔微生物组模式。这次的两个目标—— 敏感 R21 是 1) 评估空气中氨水平和内毒素颗粒的尺寸分布,作为 居民与 PFO 的接近程度的函数以及 2) 评估分类群落之间的相互作用 受污染空气和人类鼻腔微生物群中微生物群的组成。这样做的结果 研究将增强目前对空气中污染物水平升高的机制的理解 PFO 污染物会改变空气中微生物群的组成,最终影响呼吸系统健康 通过改变鼻腔微生物组的组成和功能。环境宏基因组学 从这个独特的队列纵向收集的数据将为未来使用新颖的多因素研究提供支持 组学方法。

项目成果

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