自然界中充满了微生物。数十亿种细菌、古菌、病毒和真菌构成了土壤、水和空气中的复杂生态系统。这些微生物的活动通过植物根系维持植物生长，通过动物肠道和皮肤维持动物健康，并有助于调节地球的气候和化学循环。
然而，人们约90%的时间都在室内度过，而这些室内环境在设计上对许多微生物来说是敌对的。
一幅开罗改造混凝土水塔周围可能设置的垂直花园的3D计算机图像。
现代建筑的无菌特性为人们提供了一定程度的传染病防护。但一些科学家认为，这也导致了其他疾病的产生，特别是与免疫系统相关的疾病。他们正在探索是否可以将建成环境转变为益生菌环境，使人们在室内接触到多样化的有益微生物。
开罗一座改造水塔的拟议内部设计。
"益生菌建筑意味着'我们可以针对有害微生物，但同时仍然允许其他良性微生物——甚至可能对我们有益的微生物——存在'，"伦敦大学学院专攻生物增强设计的建筑师理查德·贝克特（Richard Beckett）表示。"这是对'无菌环境对我们建成环境最安全'这一观念的重新校准。"
然而，将住宅、办公室和学校作为工程化微生物暴露的载体存在争议。科学家仍在研究哪些微生物可以在室内生存，尚不清楚应该引入哪些微生物——或者如何以安全有效的方式进行引入。
阿米什社区的人们通过挤牛奶定期接触微生物。
抗生素式建筑
全球大部分人口居住在城市中，许多人每天大部分时间都在室内。2001年的一项调查发现，美国受访者87%的时间在封闭建筑内度过，另有6%的时间在车内。
巴西圣保罗的"玻璃屋"（Casa de vidro）被热带植被环绕。
人类建筑（如住宅和办公室）的设计一直以将人类与动物、污垢和微生物隔离为目标。但探索益生菌室内环境的科学家们指出，研究表明与微生物接触对健康有益，特别是对幼儿。
"玻璃屋"的主要生活空间俯瞰树木，但森林被挡在外面——没有阳台。
接触灰尘、农场动物及其相关微生物对儿童免疫系统有积极影响。"在农场长大的人患特应性的可能性降低50%,"加州大学圣地亚哥分校的儿科医生兼微生物组研究员杰克·吉尔伯特（Jack Gilbert）表示。特应性会导致人体过度产生某些类型的抗体，表现为哮喘、皮炎和食物过敏等症状。
俄勒冈大学尤金分校的研究人员马克·弗雷茨（Mark Fretz）和格温·穆里亚奇（Gwynne Mhuireach）正在研究建筑物的微生物组。
美国和加拿大的阿米什社区居民大多自己种植食物，经常乘坐马车出行，使他们异常接近动物、植物、土壤及其携带的微生物。阿米什学龄儿童的哮喘患病率为5.2%——低于美国8.1%的平均水平。
如果儿童发育中的免疫系统需要接触环境微生物——并且如果这种接触对成年人也有益处——那么城市居民通常会错过这些机会。
《公寓》（1960年）描绘了新兴的现代办公室如同一片片相同的办公桌海洋。
现代建筑在一定程度上是为改善人们健康而设计的。特别是避免结核病，推动了19世纪中叶至20世纪的设计理念。"现代化建筑首先是消毒的一种形式，是对建筑的净化，从而创造出光线充足、空气清新、清洁且表面光滑无裂缝的健康环境，"新泽西州普林斯顿大学的建筑历史学家比阿特丽斯·科洛米纳（Beatriz Colomina）在《建筑评论》中写道。
这些策略拯救了生命，但一些建筑师和科学家认为，为清洁而设计已经走得太远。
20世纪早期，大多数建筑都有可打开的窗户以引入新鲜空气。此外，建筑每层的水平面积——建筑师称之为"楼板"——较小。这两个设计惯例意味着人们白天从不远离通风和自然光线。
俄勒冈大学尤金分校健康建筑环境研究所联合主任、建筑师马克·弗雷茨表示，这种状况在世纪中叶发生了变化。"楼板变得非常深，"他说——一些办公楼内的人可能整天都在远离任何窗户的地方工作。而且这些窗户可能无法打开。随着20世纪70年代节能意识的增强，建筑师开始切断与室外空气的接触，以确保供暖和制冷系统的高效运行。"这创造了一个更合成的、由技术手段控制的封闭环境，"弗雷茨说。"我们在隐喻上已经从洞穴过渡到了宇宙飞船。"
这些"宇宙飞船"对许多微生物来说是敌对的。塑料、玻璃和金属表面光滑干燥。土壤微生物如果到达那里，既没有立足之地，也没有食物和水。地板、家具和工作表面可能含有抗菌化学物质，即使没有，也经常被喷洒含有这些化合物的家用清洁剂。
"我们可以将建成环境视为一种极端环境，"西北大学埃文斯顿分校研究建成环境微生物组的埃丽卡·哈特曼（Erica Hartmann）表示。
益生菌墙砖嵌入了枯草芽孢杆菌（Bacillis subtilis）菌株。
除少数潮湿且相对肥沃的生态位（如水槽排水口）外，室内的微生物多样性明显低于室外。对家庭微生物组的研究发现，住宅主要由居住者身体上的微生物——特别是手、脚和鼻腔中的微生物——以及宠物的微生物组成。这些微生物组不是在环境中建立起来的，而是随着建筑使用者流动的。例如，一项研究发现，搬家的三个家庭将他们的室内微生物组带到了新家。甚至有一家在搬家前住的酒店房间里也暂时留下了这些微生物。
活性材料
科洛米纳将现代建筑比作抗生素。正如这些药物的广泛使用导致了抗生素耐药性，建筑也"创造了它自己的怪物"，她在《建筑评论》中写道。有证据表明，自身免疫疾病、过敏和肥胖等代谢疾病受人们接触的微生物影响，而这些微生物的多样性正在减少。
她认为，建筑应该更像人类肠道：多孔且多样化。但将野生环境引入室内说起来容易做起来难。贝克特表示，微生物和建筑可能不太相容。"建筑师试图为永久性和稳定性而设计，但微生物是'不守规矩的'，"他说。"它们并不总是按预期行事。"
一种旨在建筑中容纳微生物群落的益生菌表面。
一种方法是将环境微生物整合进建筑材料中。贝克特在成为建筑师之前学习过生物化学，并在英国葛兰素史克制药公司工作过，他希望将良性微生物群落融入建成环境，可能抑制或排斥耐药病原体。抗微生物药物耐药性是一个重大的公共卫生问题，估计2019年与近500万死亡有关。
为应对这一问题，贝克特与微生物学家合作开展了名为"生物增强设计中的有机领地生态位"（NOTBAD）的项目。
NOTBAD团队选择耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的一个菌株作为模型病原体，这种菌株能抵抗多种抗生素，已成为医院的祸害。团队的良性微生物是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）菌株，这些菌株在实验室中显示出抗菌特性，并能在干燥的室内环境中生存。
下一个任务是选择能整合良性微生物的材料。贝克特的工作借鉴了"生物可接受性"的概念：材料被生物体定植的能力。这个概念将材料科学和生态学联系起来，将这种定植（例如石头纪念碑上生长的苔藓或藻类）以积极或中性的方式重新诠释，而不是将其视为破坏性过程。"有些材料对微生物生长有接受性，"贝克特说，对他来说这不是坏事。
玻璃等缺乏孔隙的光滑材料通常不具备生物可接受性。实验室制造的材料，如称为水凝胶的柔软含水聚合物，生物可接受性很高，但它们只能小块获得，且不够耐用，不适合建筑使用。
NOTBAD团队探索了几种材料，包括3D打印塑料、铝和各种配方的混凝土作为枯草芽孢杆菌的培养基。团队测试了微生物在每种材料中的存活能力，然后评估微生物-材料复合体是否能抑制MRSA。
基于陶瓷的材料表现最佳，能抑制病原体生长。该材料相对坚固，表面粗糙且有孔隙，能保持水分并作为对微生物友好的生态位。
这种活性陶瓷可用于制造室内墙砖。"我们正与实验室的釉面白色瓷砖对立——我们希望挑战这种设计，"贝克特说。
含有枯草芽孢杆菌的混凝土样品。
目前，这只是一个概念验证。尚不清楚枯草芽孢杆菌种群在没有维护（如水或营养）的情况下是否能在建筑物的整个生命周期中保持活性。也不清楚细菌是否会随着时间在室内环境中分布——如果发生这种情况，这将是有益还是有害。这种微生物在室外很常见，对大多数人无害，但在老年人或免疫功能低下者中偶尔会出现枯草芽孢杆菌感染。
拥抱木材
环境微生物向人体的转移极难研究——很难证明一个人是从环境中还是从另一个人那里获得微生物的。
一个更容易研究的地方是国际空间站的严格控制环境。2021年，研究人员报告称，一名在任务前鼻腔中未携带金黄色葡萄球菌的宇航员，在空间站上三个月后鼻腔中检测出该微生物呈阳性。
贝克特在成为建筑师之前曾在制药公司工作。
无论是为了防止传染病传播，还是通过让人体接触有益微生物来改善健康，研究人员了解室内环境中存在什么都很重要。"当我们使用含有抗菌成分的清洁产品和材料时，我们仍然发现微生物存在，"哈特曼说。"有意识地思考存在哪些微生物至关重要。"
弗雷茨正在研究材料如何影响室内表面发现的微生物，并特别关注木材。
建筑师越来越有兴趣用工程木材替代混凝土进行建筑。这种材料通过将木块或木板胶合在一起制成，可能比混凝土更环保——水泥（混凝土的关键成分）的生产占全球二氧化碳排放量的约8%。木材也是可再生的，可以区域化获取。
但在医院等场所使用工程木材时，设计师常常有所顾虑。弗雷茨说，一个障碍是认为木材不干净的观念，因此他正在研究材料上实际存在什么。
弗雷茨曾在美国印第安人健康服务局担任牙医十年，他表示自己从研究人口腔中的微生物转向研究建筑中的微生物。他已证明木材实际上可以非常干净。一旦木材干燥并带入室内，微生物在其表面难以生存——他说，医院中常用的石膏材料上存活的微生物数量更高。
粘土墙面可能容纳有益细菌。
木材可以吸收水分，因此有助于维持稳定、健康的湿度水平。但当木材被涂层覆盖后，情况就会改变——涂上清漆后，木质表面的行为更像塑料。
树种也很重要。作为2023年威尼斯双年展艺术与建筑展览的一部分，弗雷茨的团队收集了来自世界各地树种的木材样本，并对存在的微生物进行了DNA测序。然后他们将这些木材样品展出，打算在它们接触展览人群后再次取样。
工程木材样品保存在模拟医院空气和照明的受控条件下。
团队仍在进行分析。木材根据来源树种释放不同的挥发性化合物——这就是为什么松树和雪松有如此独特的气味。弗雷茨认为这影响了木板的表面微生物组。
建筑绽放
将微生物引入室内空间的另一种方法是引入植物及其富含微生物的土壤。有迹象表明这对成年人健康有益。
弗雷茨在工程木材表面使用清洁剂。
2022年的一项研究表明，接触绿墙的办公室工作人员——覆盖活植物的大型垂直结构，有时与通风系统结合——皮肤上良性微生物的多样性更高。这种多样性还与血液中某些促炎蛋白水平降低相关。也有证据表明，身处有植物的房间可以降低某些生理压力指标。
俄勒冈州健康建筑环境研究所的定制气候室可以模拟各种室内条件。
然而，多伦多大学专攻空气质量的建筑科学家杰弗里·西格尔（Jeffrey Siegel）表示，目前尚不确定植物的哪些方面带来益处。
西格尔目前正在开展一项研究，以确定当人们看不到植物时，与植物共享空间是否仍有益——如果效果由微生物或空气质量介导，但不是由心理效应介导，则预期会看到这种益处。"也许添加微生物不是关键，而是人们看到的东西，"西格尔说。"如果植物被隐藏起来，我们预计不会看到益处。"
格温·穆里亚奇在波特兰国际机场采集地板木材样品和表面处理样本。
研究人员还对室内植物的土壤如何影响人们感兴趣。当人们从五金店购买一袋土壤时，其内容通常对他们来说是个谜。北卡罗来纳大学夏洛特分校研究微生物基因组学的辛西娅·吉巴斯（Cynthia Gibas）说，这些商业产品通常含有可引发过敏的真菌，以及能在排水管中生存的真菌蚋。
新加坡樟宜机场星耀樟宜的森林谷拥有超过6万株植物。
由于室内环境对植物生存具有挑战性，人们可能会为土壤补充植物益生菌——其成分也常常不明确。吉巴斯和她的团队已在线购买了几种此类产品，目前正在测试其成分，为评估其对人体影响的研究做准备。
贝克特正在尝试一种将富含微生物的土壤引入室内的不同方法，可能比植物墙需要更少的维护。他和他的团队创造了一套生物可接受的混凝土瓷砖，嵌入含有活性微生物的土壤提取物。
该提取物由芬兰赫尔辛基的Uute Scientific公司提供，结合了商业植物基堆肥和芬兰森林地面的植物材料。2020年的一项研究表明，将森林地面材料添加到芬兰日托中心的户外空间，使儿童皮肤微生物组多样化，并与血液中免疫蛋白水平的变化相关。
空气质量专家杰弗里·西格尔。
贝克特预计他的混凝土瓷砖将释放同样"友好"的微生物，对与它们共享空间的人产生可测量的影响。作为项目的一部分，他在瓷砖附近坐了三周，而他的合作者定期采集他的血液样本。目前正在分析这些样本，以测试贝克特的免疫系统是否有所反应。
处方建筑
益生菌建筑并非普遍受欢迎。"仅仅因为无菌不好，并不意味着相反就是好的，"西格尔说。他称，将微生物释放到空间中"有可能带来一些巨大的负面后果"。由于药物或健康状况导致免疫系统受到抑制的人特别容易受到意外影响。而这不是一小群人。据估计，美国成年人口中多达7%可能免疫功能低下。在女性中，这一比例可能接近8%。
贝克特在芬兰森林地面材料制成的益生菌混凝土墙板上工作。
因此，故意在医院和办公室播种微生物，可能在没有通知空间使用者的情况下，可能是一种风险。"如果多样化的微生物群落对婴儿有益，不要试图通过建筑间接提供，"西格尔说。"我们已经控制建筑温度数百年，仍然没有完全掌握。"
混凝土和土壤形成益生菌面板。
弗雷茨仍然认为现在探索益生菌设计是值得的。"看不见的环境影响如此之大，但我们并不为此设计，"他说。他的目标是创造微生物"丰富多样的"空间，使我们需要的共生生物能够抑制病原体。但朝这个方向迈出的第一步可能很简单，比如让人们能够打开窗户。在户外空气质量良好的地方，夏季夜晚通风建筑可以让一些室外微生物进入，同时降低制冷成本。
科学家们才刚刚开始了解建成环境的微生物学。微生物学家对应该设计暴露于哪些微生物知之甚少，并且对建成环境中复杂的生态学还有很多要学习。"厨房台面不像琼脂，"哈特曼说。吉尔伯特表示，初步结果"令人着迷"，但明确的建议还为时尚早。他说，这"足以证明谨慎的益生菌建筑实验是合理的，但还不是处方"。
弗雷茨在俄勒冈州健康建筑环境研究所的校园。
哈特曼表示，研究人员需要更好的工具来了解室内环境中存在哪些微生物，它们可能如何影响我们的健康，以及这些影响背后的机制是什么。西格尔表示同意："我们需要从小规模开始，使用安慰剂进行良好科学，"他说。"除此之外的任何做法，都是将人当作实验动物。"
随着实验的继续，很明显人们对微生物的态度正在改变。曾经它们被视为需要从我们的家庭和办公室中清除的害虫，现在人们越来越认识到，少量的微生物暴露可能有益。"我们周围有无数的细菌、真菌、古菌和病毒，"哈特曼说。"我们应该接受并拥抱它们。我们应该以惊奇的心态来对待这一点。"
参考文献
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