细菌和病菌将如何塑造建筑的未来 - 彭博社

纽约生物启发的公共安全应答中心 II 的渲染图。AMPS/PSAC 图像 © dbox我们知道建筑物会让我们生病。例如，铅中毒、霉菌暴露或恰如其名的 病态建筑综合症。但它们也能让我们更健康吗？科学家们正在尝试回答这个问题，从详细研究居住和办公环境中的微生物开始。最终目标？利用这些信息设计以人体为中心的建筑。

这在我们之前对微生物生命的概念上是一个重大转变。我们长期以来将细菌视为敌人。但事实证明，我们不断试图用洗手液杀死的细菌中，实际上很少有会导致疾病的——而且总体上细菌越多越好。事实上，我们超消毒的习惯似乎正在伤害我们。最近的一些研究支持了所谓的“卫生假说，”该假说将自身免疫和过敏疾病（包括湿疹和哮喘）的增加归因于 缺乏 早期儿童对细菌的接触。

这是一个新兴领域，甚至还没有一个正式的名称。那么，当我们在室内度过 超过 90% 的时间 时，我们如何获得健康的细菌群落接触呢？这是一个新兴领域，甚至还没有一个正式的名称。今天，研究建筑环境微生物学的科学家正在改变我们对细菌的看法，并努力寻找利用它们潜力的好方法。在这里，我们将使用“生物启发”一词来指代包含生物过程或系统的设计。

生态系统调查的出现

在建筑设计时考虑微生物生命之前，科学家们必须准确了解他们在特定环境中所面对的情况。加州大学戴维斯分校的生物学家乔纳森·艾森表示，室内微生物学的研究并不新鲜，但由于最近DNA测序技术的进步，它的发展速度比以往任何时候都要快。

研究技术人员准备DNA样本以进行测序，地点在纽约基因组中心。玛丽·阿尔塔费/AP过去，表征特定空间中的微生物需要昂贵且劳动密集的培养，这在科学价值上相对有限。但如今，科学家们可以轻松地从拭子中提取DNA，并将遗传材料发送到测序设施，后者会返回样本中所有生物的完整列表。

彭博社城市实验室一位艺术家重新构想童年的空间，结果却充满荆棘房地产开发商纳夫塔利在迈阿密海滩寻找交易，推动佛罗里达发展美国的驾驶和拥堵率比以往任何时候都高海牙成为全球首个禁止石油和航空旅行广告的城市“如果你想培养5000万种细胞，那将需要一个仓库，”艾森说。“而我们现在可以在七小时内用一个微波炉大小的机器以1000美元完成。”

研究人员利用这项技术对 医院、 葡萄酒和奶酪生产设施、管道系统、 香港的地铁、 波士顿和 纽约市进行微生物清查——这仅仅是过去几年项目的统计。随着阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的建筑环境微生物学 项目的资助，未来还有更多项目在等待开展。

这些研究共同帮助建立我们所居住的各种室内世界中微生物生活的基线，这可以告诉我们很多关于我们的生活方式以及我们是否可以过得更健康的信息。

人造微生物世界

室内微生物组需要一个独特的研究方案，因为它们与自然界中的微生物组根本不同——而且我们在其中花费了大量时间。我们通过通风、管道、消毒和人流等无数方式控制室内细菌的生长，并且我们在走到哪里都会留下细菌的痕迹。因此，这些室内生态系统最终 看起来很像我们：与室外空气相比，室内空气中的人类相关细菌数量超过两倍，这意味着当你在室内时，你吸入了很多自己的细菌。（这并不一定像听起来那么恶心——这种细菌回收对我们健康的影响仍不清楚。）

建筑材料会影响细菌的行为吗？这正是芝加哥大学的环境微生物学家杰克·吉尔伯特正在研究的内容。他研究在不同室内条件下 特定微生物的代谢。他会将细菌喷洒到各种材料上，如钢、木材和铜，观察它们的生长和繁殖变化，并调整某些环境变量，如温度和湿度——这些是人类喜欢控制的因素。

“我们的目标是看看这些建筑操作参数如何改变这些微生物世界的生长和活动，”吉尔伯特说。

这些研究将为未来的办公室、酒店、医院和家庭的建筑提供信息，方式复杂如安装生物启发的过滤系统，或简单如打开窗户。

想象“生物启发”的设计

随着对超消毒的证据不断增加，科学家们正在寻找能够滋养而非消灭微生物群落的替代方案。

一种方法是通过“生物活性”表面，这些表面是具有“好”细菌的可渗透纳米结构。嵌入墙壁、椅子、地毯和其他室内设施中的这些活表面将不断向室内环境分泌有益的微生物。在与小鼠和大鼠的实验室测试中，这些生物活性结构被发现能减少过敏反应和哮喘发作的可能性。“与其说是建造新的建筑，不如说我们可以用生物活性墙或生物活性地毯翻新曼哈顿或芝加哥市中心的所有现有建筑，”吉尔伯特说。

另一个（诚然更为幻想的）选择是通过空调散布细菌。微生物可以以孢子或微滴的形式被泵入空间——不可见但可吸入。实验室研究表明，某些有益的细菌属（布劳提亚、肠球菌和玫瑰菌）在添加到环境中时，似乎减少了小鼠发生食物过敏的可能性。

微生物生态可能成为建筑师的另一个设计考虑因素。但这种方法的风险相当大，因为很难知道细菌在分散后会如何生长和相互作用。吉尔伯特指出，在某些条件下，某种细菌可能会导致疾病爆发。

“如果我们把[细菌]……放在墙内，它们会更加稳定，并且不太可能变得失控，而不是把它们放在小水滴中并通过空气分散，当它们处于生物活跃状态时，”他说。

吉尔伯特建议，要求每个人购买更多的室内植物可能会更简单。

无论如何，在我们看到如此激进的尝试来改变室内微生物组之前，还需要一些时间，因为我们仍然对微生物对人类健康的影响知之甚少。

“在至少目前的情况下，做出关于整个建筑设计的主动决策和判断将是非常困难的，”艾森说。“我们需要更多的数据，而在建筑生态学中，我们实际上还没有任何案例研究可以参考。”

但他怀疑，生物启发设计可能很快会出现在例如一系列具有相同设计的医院中。然后，他说，他们可以比较“在20个不同地点基本相同的建筑。”

这种类型的设计已经在小规模上实施。吉尔伯特的一位研究合作伙伴，全球建筑公司Skidmore, Owings & Merrill (SOM)，正在纽约的911呼叫中心进行尝试。公共安全应答中心 II，目前正在布朗克斯建设中，将设有由植物组成的“生物墙”，用于过滤空气。植物根部的微生物过滤挥发性有机化合物（VOCs）、甲醛和其他毒素，同时还产生呼吸所需的氧气。

这只是我们通常认为的“绿色”设计的一小步，暗示未来的生物启发实验将在可持续性这一伞下进行。微生物生态学可能成为建筑师的另一个设计考虑因素，以及传统关于形式和功能对话的一个重要部分。

安装绿色墙壁，或称“主动模块化植物修复系统”（AMPS）。AMPS/PSAC 图像 CASE Rensselaer理想情况下，未来的建筑将是活的、呼吸的生态系统，不断补充有益细菌以支持人类免疫系统，同时排除（极少数的）有害细菌。而尽管我们离这个目标还有很长的路要走，吉尔伯特表示，室内微生物学的研究正在使我们更接近“与环境和谐共处，而不是试图与之隔离”。

***更正：***此故事的早期版本包含了SOM的PSAC II和AMPS的不正确图像和标题。它们已在此帖子中被替换。