檔案室微生物多樣性分析及治理措施研究

摘 要：微生物侵蝕是檔案保護過程中面臨的關(guān)鍵問題之一。多種類的細菌、真菌及其代謝產(chǎn)物不僅對檔案載體的安全保存產(chǎn)生影響，還會危害檔案人員的健康。為精確了解檔案材料微生物的種類，對相關(guān)樣本采集，通過高通量測序方法精準明確微生物種類和組成豐度。根據(jù)分析結(jié)果，針對性地探討和論述檔案材料微生物相關(guān)治理舉措，以期為檔案微生物防治提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：檔案室；高通量測序；微生物治理

微生物侵蝕是檔案保護過程中面臨的關(guān)鍵問題之一，微生物及其代謝產(chǎn)物會加速檔案載體材料變色、老化，影響紙張本身的耐久性，同時，其生長、傳播也會對人體健康產(chǎn)生危害。本文采用高通量測序分析技術(shù)，通過利用Illumina NovaSeq 測序平臺對檔案材料微生物多樣性分類展開研究，分析不同種類細菌和真菌對檔案材料及從業(yè)人員可能有的不利影響，為檔案保護工作提供參考，也為檔案微生物綠色防治技術(shù)提供新的思路。

一、材料與方法

1.試劑與儀器設(shè)備設(shè)施

實驗試劑：無菌PBS、Phusion DNA聚合酶Kit、DL2000 DNA marker、DNeasy PowerSoil Pro Ki和無菌過濾器及0.22uM濾膜。

儀器設(shè)備設(shè)施：NanoDrop分光光度計、PCR熱循環(huán)儀、DYCP-31DN 瓊脂糖水平電泳儀、核酸檢測成像系統(tǒng)、低溫高速離心機和渦旋振蕩器。

2.樣品采集與總DNA提取

將無菌棉拭子在隨機選取的檔案材料相應(yīng)取樣區(qū)域內(nèi)擦拭，采樣設(shè)置3個重復(fù)，將棉拭子浸泡于無菌PBS緩沖液中，渦旋振蕩處理10分鐘，混懸于PBS中的微生物以濾膜過濾方式收集，按照DNeasy PowerSoil Pro Kit 操作說明提取細菌和真菌總基因組DNA。所得提取產(chǎn)物濃度及純度以NanoDrop檢測分析。同時，以細菌和真菌16S rDNA及18S rDNA通用引物對產(chǎn)物做出PCR擴增驗證分析，保證其可靠性。

3.高通量測序

樣品的高通量測序采用MiSeq 測序平臺，微生物樣本檢測PCR產(chǎn)物的目標片段測序完成后，根據(jù)barcode區(qū)分每個樣本，質(zhì)控和過濾序列質(zhì)量，依據(jù)overlap的關(guān)系拼接，再一次質(zhì)控和過濾，并最終得到優(yōu)化序列。用Usearch軟件以97%高度相似性標準對非重復(fù)序列做出OTU單元（ operational taxonomic units） 聚類分析，分析過程排除嵌合體，獲得操作分類單元的代表序列，在其中篩選出與操作分類單元代表序列具有97%以上的高度相似序列。細菌16S rDNA使用Silva 數(shù)據(jù)庫，真菌ITS使用Unite 真菌數(shù)據(jù)庫做出比對分析。然后，采用分類學(xué)分析，并統(tǒng)計每個樣品的細菌和真菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性指數(shù)（Phylogenetic diversity of bacteria， PDB; Phylogenetic diversity of fungi， PDF）。

二、研究結(jié)果與分析

1. 檔案微生物種類組成

樣品中檢出的真菌和細菌組成情況如下：從屬的水平看，真菌豐度從大到小依次為Didymella 座囊菌屬、Penicillium 青霉菌屬、Cladosporium 枝孢霉屬、Epicoccum 附球霉屬、Aspergillus 曲霉屬、Aureobasidium 芽霉菌屬、Naganishia酵母菌屬、Chaetomium毛殼霉屬以及Stachybotrys 穗霉菌屬（圖1）；細菌豐度從大到小依次為Bacillus 芽孢桿菌屬、Paenibacillus 類芽孢桿菌屬、Exiguobacterium 微小桿菌屬、Massilia 馬賽菌屬、unclassified_c_Bacilli 未知桿菌、Terribacillus 土地芽孢桿菌屬、Domibacillus 銹色房屋芽孢桿菌屬、Caulobacter 柄桿菌屬、Ralstonia 羅爾斯通氏菌屬以及Enhydrobacter 水棲菌屬（圖2）。

從種的層面分析，真菌豐度從大到小依次為Didymella glomerata 莖枯病菌、 unclassified_g_Penicillium 未分類青霉菌、Cladosporium delicatulum皺枝孢霉菌、Epicoccum nigrum 黑色附球菌、unclassified_g_Aspergillus、unclassified_g_Aureobasidium未分類曲霉和短霉菌、Naganishia 酵母菌、Stachybotrys chlorohalonata黑葡萄穗霉以及unclassified_g_Chaetomium未分類毛殼霉（圖3）；細菌豐度從大到小依次為Bacillus aryabhattai阿氏芽孢桿菌、Paenibacillus polymyxa多粘類芽孢桿菌、Exiguobacterium indicum印度微小桿菌、Bacillus anthracis炭疽桿菌、unclassified Massilia、 Bacillus、Bacilli 未分類馬賽菌、芽孢桿菌、桿菌、Bacillus velezensis貝萊斯芽孢桿菌、Terribacillus goriensis哥里土地芽孢桿菌以及Bacillus safensis沙福芽孢桿菌（圖4）。

2.微生物多樣性對檔案保護的影響

微生物是重要的環(huán)境影響因素。通過本研究的結(jié)果分析，從真菌影響層面看，曲霉和青霉均為本研究的優(yōu)勢真菌種類，且真菌纖維素酶多為胞外霉，對紙張的降解作用不容忽視。多種霉菌的生長會形成肉眼可見的色素霉斑，導(dǎo)致檔案內(nèi)容無法辨識，失去長期保存的根本意義。在本研究中，主要優(yōu)勢真菌曲霉屬、青霉屬、根霉屬、枝孢霉屬、毛霉屬、葡萄穗霉屬以及毛殼菌屬都具有形成霉斑的潛在可能。真菌代謝產(chǎn)物種類繁多，其他多種產(chǎn)物會對檔案紙張產(chǎn)生不可逆損傷。本研究中確定的多種檔案材料優(yōu)勢真菌能夠感染人體，從而引起多種疾病。臨床研究表明，曲霉菌屬、枝孢霉屬以及毛霉菌屬真菌均具有在呼吸道、消化道以及皮膚等不同程度感染疾病的潛在危害。真菌為真核細胞生物，感染治療存在困難，所以更應(yīng)該以預(yù)防為主，從源頭入手切斷可能的感染源。同時，多種曲霉、毛霉會產(chǎn)生多種真菌毒素，如黃曲霉毒素、赭曲霉毒素和葡萄穗霉毒素等，大量研究結(jié)果證實真菌毒素可以對人體造成嚴重的積累性潛在危害。

與真菌作用類似，細菌具有利用紙張分子結(jié)構(gòu)生長從而對紙張產(chǎn)生降解的能力，細菌的產(chǎn)酸效應(yīng)會對檔案紙張產(chǎn)生影響，部分種類細菌會產(chǎn)生色素而造成檔案紙張信息內(nèi)容不可辨識。銅版紙檔案材料中具有較大含量的成分，包括淀粉、羧甲基纖維素和膠乳等，更有利于微生物的生長。研究發(fā)現(xiàn)，桿菌屬對于銅版紙的損毀較為嚴重，桿菌屬也正是本研究中細菌組成中最大優(yōu)勢屬，需要采取相應(yīng)措施應(yīng)對。

三、微生物防控與治理探析

當代社會，微生物防控與治理已經(jīng)成了社會廣泛關(guān)注的課題，尤其是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于微生物的認知也研究已經(jīng)逐步實現(xiàn)深入、細致，其防控也關(guān)系到公共衛(wèi)生安全、食品安全和環(huán)境保護等各個領(lǐng)域的健康發(fā)展，可以說是一項復(fù)雜而長期的工程，應(yīng)當從多視角出發(fā)予以治理，下面則結(jié)合工作經(jīng)驗進行梳理和總結(jié)。

1.環(huán)境控制

改善檔案保管環(huán)境是檔案保護最為普遍有效的方法。加強檔案室溫濕度管理，可以有效抑制微生物生長，通過定期除塵，減少細菌、真菌及其他微生物附著在灰塵中傳播的途徑，也可以緩解微生物對檔案的影響。加強檔案室空氣質(zhì)量管理，采用自然通風、空氣消毒凈化設(shè)備設(shè)施，如過濾除菌、低溫等離子體空氣凈化除菌等方式，有效控制空氣中有害微生物的傳播。

此外，對于檔案室的照明設(shè)備設(shè)施也要科學(xué)管理、合理控制。例如，避免強光直射進而導(dǎo)致檔案紙張老化或者是褪色，影響后期使用。具體可以采取低輻射、低熱量的光源，如LED燈，可以減少對檔案材料的損害。同時，制訂環(huán)境檢查計劃，定期檢查檔案室的環(huán)境，發(fā)現(xiàn)軟硬件設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)問題就要立刻上報相關(guān)部門維護，及時止損，利用定期檢查來消除一些潛在風險。

2.物理治理

多種物理方法可以滅菌。微波、γ射線照射都可以使微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性效果以及使微生物DNA產(chǎn)生損傷，從而達到滅菌的效果。此類治理方法雖效果較為理想，但操作難度大、對人員危險系數(shù)高以及對檔案材料本身難免產(chǎn)生影響，難以真正普及應(yīng)用。利用紫外照射引起微生物DNA突變可以實現(xiàn)滅菌效果，240～280nm波長紫外線光源相對價格低廉，對環(huán)境和人員影響較小并可控，但紫外光波能量較大，需要評估對檔案材料的影響，根據(jù)具體情況選擇使用。

臭氧消毒的方法是利用O3分子的強氧化性，破壞微生物的細胞結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)殺滅微生物的目的。臭氧消毒方法具有易分解、綠色環(huán)保等優(yōu)點，其滅菌效果存續(xù)時間較短，且在檔案表面形成的殺菌效果較好。因此，在實際操作時需要科學(xué)設(shè)置、合理安排布局。

低氧氣調(diào)技術(shù)選用常壓低氧方式，通過氣密裝置，使惰性氣體將空間內(nèi)原有的氣體置換并維持氣密空間內(nèi)氧氣與濕度，實現(xiàn)抑制微生物生長或使其死亡的目標。低氧氣調(diào)技術(shù)不易產(chǎn)生有害物質(zhì)、綠色環(huán)保以及不對檔案本身產(chǎn)生二次影響，已在多家博物館應(yīng)用，但由于低氧氣調(diào)技術(shù)尚未推廣，目前，尚不適用于普通檔案室及庫房的微生物防治。

3.化學(xué)治理

微生物的化學(xué)治理方式是通過在檔案材料以及檔案所處環(huán)境噴灑使用化學(xué)藥劑抑制微生物的生長從而實現(xiàn)保護檔案的目的。常用的方式是整個檔案存放環(huán)境的噴灑或熏蒸。

環(huán)氧乙烷可在一般條件下對各種微生物產(chǎn)生殺傷作用，能夠引起蛋白質(zhì)分子變性，從而造成微生物的死亡。環(huán)氧乙烷的穿透性較強，可以到達物品深層內(nèi)部區(qū)域，但環(huán)氧乙烷會對人體產(chǎn)生傷害，如何控制用量以及檔案材料殘留是要應(yīng)對的問題。

甲醛也具有殺菌防腐作用，將甲醛和水按照一定配比制成溶液，對檔案室墻面四周和地面噴灑，密閉熏蒸3～5天后給檔案室通風。甲醛的滅菌效果較好，但甲醛屬一類致癌物質(zhì)，對人體和周圍環(huán)境易產(chǎn)生不良影響，近年來已少有使用。

4.檔案綠色微生物防治

隨著技術(shù)的不斷進步，檔案保護研究也在不斷貫徹新的理念，很多新檔案微生物防治技術(shù)符合“綠色發(fā)展”客觀要求。通過開發(fā)研制對環(huán)境無影響的微生物抑制劑，最大限度地控制有害微生物的傳播。通過精準控制檔案保存環(huán)境的溫濕度以及改變氣體組成等方法有效抑制微生物生長。新興納米材料抑制或殺滅微生物的方法已經(jīng)取得了階段性成果，多種新型材料表現(xiàn)出良好抑菌效果，結(jié)合近年來納米材料抗菌領(lǐng)域的研究成果，合成的抗菌納米材料建立長效防檔案損毀的保護策略，已被證明是可行的。

四、結(jié)語

檔案是國家記憶的重要組成部分，深入研究微生物生態(tài)特性、種類及危害，全面了解特定檔案環(huán)境下微生物組成情況，能夠為霉菌、真菌防治提供決策依據(jù)。隨著生物、化學(xué)和物理等技術(shù)的發(fā)展與融合，不斷將新的科技方法應(yīng)用到檔案微生物防治工作中，才能更好地保證檔案載體的生物安全，更好地保護和利用檔案。

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作者單位：1.黑龍江省火山監(jiān)測與防震減災(zāi)宣傳教育中心；

" 2.黑龍江大學(xué)

基金項目：本文系2023年黑龍江省地震局科技項目“檔案室有害微生物多樣化分析和治理措施研究”（項目編號：202316）成果。

作者簡介：臧珊珊（1984—），女，漢族，河北保定人，檔案學(xué)碩士，副研究館員，研究方向：檔案管理與檔案保護。