新冠大流行：微生物组可能是阻止未来病毒传播的关键 - 彭博社

图片插图：731；照片：Agefoto；国会图书馆；科学资源

四年前，一位建筑博士生向Luke Leung 寻求帮助，希望他能帮忙想出一个论文课题。Leung是一位工程师，他的项目包括迪拜的世界最高建筑——哈利法塔，他提出了这样一个问题：天堂是什么？

“学生进行了大量研究，发现无论是伊斯兰教、犹太教还是基督教，天堂总是一个有花园和流水的地方，”来自建筑巨头Skidmore Owings & Merrill的可持续工程工作室主任Leung回忆道。“于是我们开始质疑，‘如果那就是天堂，那么我们现在生活的地方究竟是什么？’”

在西方世界，人类有90%的时间都是在室内度过的。平均美国人甚至更多——93%的时间都在建筑物或汽车内。多年来，科学家们一直在警告我们与户外的脱节与一系列慢性健康问题有关，包括过敏、哮喘、抑郁症、肠易激综合征和肥胖症。最近，各个领域的专家开始研究为什么建筑物，即使是设计得尽可能无菌的建筑物，也是疾病的传播媒介，尤其是新冠病毒。

“中国有一项涉及7300多例病例的研究，猜猜有多少人是在户外感染的？” Leung问道。“只有两个。” 在明尼苏达州的“黑人的命也是命”抗议活动后进行的早期检测也表明，即使成千上万人聚集在户外交谈、呼喊和高呼口号，只要大多数人戴着口罩，SARS-CoV-2的传播是罕见的。在超过13000名抗议者中进行的测试中，只有1.8%呈阳性。其他州也显示了类似的结果。

梁说，建筑设计与自然的“不协调”部分地导致了我们患上慢性疾病和当前流行病的困扰。相对缺乏空气流动和阳光是一个明显问题；温度、湿度和室内空气污染也起着作用。但还有另一个不太被讨论的因素：建筑环境的微生物群，包括细菌、真菌和病毒在内的数万亿微生物。

直到大约15年前，很少有科学家——甚至更少的建筑师、设计师和工程师——关注室内微生物，除了一些问题性的生长，比如黑霉和引发军团菌病的细菌。2001年炭疽病毒袭击之后，情况发生了变化，当时信封里夹带着致命细菌寄给政客和新闻机构的办公室，造成5人死亡，17人感染。非营利组织阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的专家开始考虑建筑在缓解生物恐怖主义威胁中可能扮演的角色。意识到我们对室内存在的微生物几乎一无所知，该基金会投入了数千万美元进行研究。很快，科学家们发现了快速演化的室内微生物群丰富的生态系统。至关重要的是，大多数与室外群体几乎没有重叠，包括人类在数百万年中共同进化的有益物种。

现在，全球大流行肆虐，这些研究人员突然备受青睐。 “我们的日程表相当满，”俄勒冈大学生物与建筑环境中心主任凯文·范登·维梅伦伯格说。他过去每周收到两三次询问，要求建筑健康方面的建议。现在他每天收到20个。“从医院到大型商业房地产组合，再到养老院和学区，再到经营理发店的个人朋友，他们正在考虑是否应该为顾客吹干头发。”

当然，与微生物有关的最紧迫问题是在哪里找到SARS-CoV-2以及如何消灭它。除此之外，还有一些长期的问题。我们如何促进室内微生物群落，使其不会让我们患上慢性疾病或滋生致命病原体？我们是否真的可以像农民耕种田地一样，在我们的建筑物中培育有益微生物？包括范登·维梅伦伯格在内的专家们相信所有这些都是可能的。“我真的相信我们未来的建筑运营商和设计师将会考虑如何塑造微生物群落，”他说。

图片插图：731；照片：Agefoto；Alamy；Science Source；USDA“微生物组”这个术语最常用来指代栖息在我们身体中的微生物群落，其中许多有助于产生维生素、激素和其他对我们的免疫系统、新陈代谢、情绪等至关重要的化学物质。在典型人体中，微生物细胞的数量与含有人类DNA的细胞一样多，总重量约为2磅。在最近几十年里，我们的个人微生物组受到了诸多因素的影响，比如不良的饮食习惯、剖腹产率的上升、抗生素的过度使用、消毒剂和其他杀菌剂的滥用，以及与动物和自然界中有益微生物的接触减少。根据2015年的一项研究，美国人的微生物组大约只有犹诺马米部落（一个偏远的亚马逊部落）的一半多样性。

就像我们的身体一样，我们居住的建筑物也充满了微生物。北卡罗来纳州立大学应用生态学教授罗布·邓恩在他2018年的著作中写道：“深呼吸吧，”《永远不孤独》。 “每次呼吸，你都会将氧气带入肺泡深处，同时也带入数百甚至数千种物种。坐下来。每个你坐的地方都被成千上万种物种的漂浮、跳跃、爬行的马戏团所包围。” 邓恩说，在家中发现的细菌物种比地球上的鸟类和哺乳动物物种还要多。2015年，研究人员发现室内空气中细菌和病毒的浓度几乎相等。（几乎所有病毒都是无害的，有些甚至可能是有益的。） 随着时间的推移，这些许多微生物已经适应生存，甚至繁衍，无论是在我们的枕套和牙刷上，还是在我们的洗碗机、淋浴头、烤箱和冰柜等更极端的气候中。

许多微生物源自人类，或者可能以人类碎屑为食。就像漫画《花生》中的皮格彭一样，我们每个人身上都有大约每小时喷出约3700万个细菌和800万个真菌颗粒的微生物羽毛；不同之处在于我们的微生物羽毛对于肉眼是看不见的。在室内，这种影响是可测量的。一项研究指出，酒店客人只需不到24小时就能用他们的个人微生物殖民一个房间，抹去以前客人的所有痕迹，使空间微生物上相同于他们的家。

考虑到我们永恒的散发，很容易想象冠状病毒在房间内如何传播。一次喷嚏释放大约3万个微生物填充的飞沫，速度高达每小时200英里。咳嗽释放约3,000个飞沫，速度达到每小时50英里。简单的呼气产生50到5,000个飞沫。我们知道，感染流感的人每分钟呼吸时释放多达33个病毒颗粒，打喷嚏时释放约2亿个。与此同时，暴露在几百个SARS-CoV-2颗粒中可能足以引起感染。

在户外，我们的看不见的羽状物几乎总是迅速扩散，对于携带Covid的人来说，这是一件非常好的事情。弗吉尼亚理工大学传染病传播专家和土木与环境工程教授林赛·马尔（Linsey Marr）表示：“释放到空气中的任何病毒都会迅速被稀释，被风流推动，并在看似无限的空间中扩散。”“这就像把一滴染料放入海洋与放入一杯水之间的区别一样。”阳光也可以在短短五分钟内使病毒失活——对于SARS-CoV-2来说是八分钟。美国国土安全部的一项研究发现，冠状病毒在室内黑暗环境中可能挂在那里数小时。

面对看不见的、潜在致命的病毒，人们可以理解地冲出来用漂白水进行消毒。但盲目使用漂白水可能适得其反。首先，错误的努力可能是一种巨大的时间和金钱浪费。例如，纽约市在春季宣布，首次在清晨关闭地铁系统，以深度清洁每一列火车。“这都是表演！”加州大学圣地亚哥分校的教授和微生物组研究员杰克·吉尔伯特（Jack Gilbert）说。“你用漂白剂清洁地铁，漂白剂干燥后就会失去活性。如果只有一个患有Covid-19的人接触到那个表面，那四个小时的清洁就毫无效果。”而且因为我们现在知道SARS-CoV-2最常通过空气传播，清洁工作似乎更加徒劳。

更严重的风险是，试图消毒我们周围环境可能会杀死对人类健康至关重要的细菌，甚至更糟的是，无意中促进更危险的细菌，包括耐药超级细菌的生存和进化。“我们应该担心，”加州大学圣地亚哥分校儿科教授、微生物组创新中心的创始主任Rob Knight说。“如果我们过分热衷于清除所有本应自然存在的细菌，那么我们可能正在为细菌甚至病毒创造栖息地，这些病菌可能更难清除。”

任何化学物质都无法清除一切，留下的东西通常是不受欢迎的。微生物学家在国际空间站上擦拭，以了解在一个封闭的、据说是无菌的舱室内发生了什么，其中每一点食物和设备都在一个专门设计的NASA设施内被消毒。结果表明，微生物无处不在，几乎所有微生物都源自人类。其中最常见的是与粪便、臭脚和腋窝有关的细菌，这也许是为什么国际空间站被描述为散发着塑料、垃圾和体味混合气味的原因。

在地球上，适当的卫生习惯可以有效减少接触引起食物中毒和链球菌喉炎等病原体的风险，但我们往往采取极端手段，使用肥皂和水就能胜任的情况下使用刺激性化学物质。多年来，抗菌物质已被添加到各种产品中——墙漆、厨房海绵、内衣、唇彩。现在我们变得更加极端。

“这只是一种猜测，但我们可能会看到这一代孩子患有更多免疫相关疾病的情况”

为了希望直接清除空气中的SARS-CoV-2，一些建筑管理员正在安装所谓的双极离子化装置，尽管它们可能对新冠病毒无效，有时会产生有害气体，如肺刺激物臭氧。至于在办公室和其他公共空间大量使用的抗菌清洁剂和表面涂层，我们可能正在将大量不被充分了解的、潜在有毒的化学物质引入我们的日常生活中，同时加速了灾难性超级细菌的进化。

“我们在不同环境中使用相同的抗菌剂的次数越多，这些微生物就有更多机会发展抗药性，”西北大学工程教授埃里卡·哈特曼说道，她专注于室内微生物学和化学。“如果它们对抗菌剂本身产生了抗药性，那就不太好，因为我们失去了清洁武器库中的重要产品。但如果它们还对临床相关的抗生素产生了抗药性，而我们拥有的这些抗生素已经非常有限，那就更令人担忧了——有证据表明这两种情况都会发生。”

除了坏细菌，清除有益细菌也与慢性健康问题有关。一项经常被引用的系列研究，从1998年开始，研究了芬兰-俄罗斯边境地区卡累利亚的清洁与疾病之间的关系，在那里人们拥有相似的遗传基因。在富裕、清洁的芬兰一侧，人们患炎症性疾病的可能性多达俄罗斯一侧的13倍，俄罗斯一侧的大多数人住在农村住宅，饲养动物，并种植自己的花园。

我们在疫情时代的抗菌运动可能对成年人已经形成的微生物群落影响不大。但是婴儿和幼儿需要接触各种微生物来训练他们正在发育的免疫系统，可能会受到更严重的影响。Knight说：“这只是一种猜测，但我们可能会看到这一代孩子在免疫相关疾病方面有更多问题，特别是在人们不得不在室内隔离的地方，孩子们没有机会外出的地方。”

在疫情爆发前几年，SOM的梁开始思考建筑物的微生物学。这不是他倾向于向潜在客户提及的事情。“如果你告诉客户，‘让我们谈谈微生物，’他们会说，‘滚开，下一个！’”他说。“我们必须谨慎处理这个问题。”

除了使用有机材料和最大限度地利用自然光和室外空间外，梁表示可以采取许多措施使建筑物在微生物水平上更健康。为了更安全的空气，他推崇使用设计用于消除SARS-CoV-2和其他病原体和污染物的过滤器，但他警告不要使用双极离子化技术，并表示空气不应长时间被灭菌。梁建议尽可能部署通风系统，将办公室充满微生物多样性的室外空气。他目前的项目之一是2022年完工的深圳微众银行31层高的大厦，该大厦将通过阳台上种植的树木吸入空气，然后将其引入室内。“有时我们也会在夜间打开建筑物，”梁说，指出首先会测量室外空气中的污染物。“白天人们需要空调，但当他们离开时，你可以用室外的微生物重新充实建筑物。”

适当的通风在高效能建筑中尤为重要，这些建筑就像宇宙飞船一样，被设计成与外界隔离。除了提供新鲜氧气和消除令人昏昏欲睡的二氧化碳积聚外，良好的气流和过滤还可以减少接触到室内发现的一长串大多未受监管和未受监测的化学物质。这些化学物质包括已知的致癌物和内分泌干扰物，这些物质存在于地毯、电脑、漂浮的灰尘、办公椅、油漆等物品中。室外污染也会渗入建筑物内并被困住，尤其是在通风系统关闭的时候。所有这些意味着室内空气往往比室外空气更糟糕，一些污染物的水平可能会升高到室外空气的10倍以上。

对于企业来说，更好的空气质量单单就能为每位员工每年增加约6500至7500美元的生产力，主要是由于提高了警觉性和敏锐度，哈佛大学教授约瑟夫·艾伦和约翰·麦康伯在四月份出版的书籍《健康建筑》中指出。相比之下，他们指出，在对40栋建筑中的3000多名工人进行的一项研究中发现，57%的病假归因于空气质量不佳。令人不安的是，艾伦和麦康伯还写道，多达90%的美国学校不符合最低通风要求，而这些标准已经远低于最佳水平。

在伦敦、洛杉矶、孟买和其他污染严重的城市，室外空气在被抽入室内之前需要经过严格过滤，而大多数有益的室外微生物可能无法存活。但在更清洁和更绿色的地区，简单地打开窗户已被证明是有效的。“在服用抗生素后，你应该吃酸奶来补充益生菌，”俄勒冈大学的范丹·维梅伦伯格的同事、研究助理教授马克·弗雷茨说道，他在建筑环境健康研究所工作。“对于你的建筑物来说，酸奶本质上就是打开窗户。”

2012年，研究人员比较了俄勒冈州波特兰一间有可开启窗户的医院房间与一间窗户永久密封的医院房间的微生物群落。Fretz说：“很难找到甚至有可开启窗户的医院。”结果表明，打开窗户会导致房间内更多的微生物多样性，包括植物和叶子上发现的物种。值得注意的是，遇到病原体的几率也显著降低。（附注：盆栽植物也会在室内空间中播种有价值的天然微生物，它们可以显著提高人类的幸福感、身心健康，甚至原创思维，但它们几乎不会改善空气质量。）

另一种实现更健康空气的方法是加湿，目前在北美极为罕见，任何在干燥过热的冬季挣扎的办公室工作者都知道这一点。“美国大多数商业建筑都没有加湿，”Leung说。“这就是为什么这个冬季疫情可能会变得更糟。”空气中足够的湿度不仅可以使人类免疫系统发挥最佳作用，还会导致病毒颗粒迅速沉降到地面并更快地死亡。根据一些计算，干燥空气中的病毒可以存活的时间是相对湿度约为40%的建筑中的病毒的六倍长。

当然，单靠建筑干预不能消除SARS-CoV-2传播的风险，所以最好保持社交距离和佩戴口罩。与此同时，大学和初创公司的科学家们正在竞相开发用于空气过滤器、建筑表面、废水甚至室内空气的微生物传感器。“我们有工具帮助我们看到看不见的东西，”Van den Wymelenberg说。目前，这些检测工具还处于起步阶段，依赖于反复收集样本并将其运送到实验室进行测试的艰苦过程。

“这些东西没有理由不能起作用。我们已经在我们的建筑物中大量操纵微生物群落，只是不是故意的”

吉尔伯特对建筑物中的微生物干预有着雄心勃勃的计划。作为一名微生物生态学家，他在土壤、植物和海洋系统上的工作经验，当他得知斯隆基金会正在推广所谓的建筑环境微生物学时，最初持怀疑态度。吉尔伯特说：“我以为那是个笑话，我承认，我认为建筑环境中不可能有太多微生物，那么为什么会有人感兴趣呢？”

然后，在2012年冬天，他接待了斯隆基金会项目主任保拉·奥尔西夫斯基的访问。当时他是芝加哥大学的教授，会议结束时，城市下起了暴风雪。“我提出开车送她回酒店，因为我有一辆能应对雪的车，”吉尔伯特回忆道。“但是下雪非常大，开了两个半小时，那段时间她说服了我。”

现在处于微生物群落研究的前沿，吉尔伯特甚至被允许在2016年对奥巴马总统的微生物群落进行取样（他不被允许透露结果）。当疫情爆发时，吉尔伯特迅速将他的大部分研究资金转向研究SARS-CoV-2。他与奈特实验室合作的一个项目是研究病毒如何在医院中传播，它最常驻留在哪里，以及它是否像流感病毒一样搭便车于邪恶细菌之上通常会这样做。

他还在进行第二项更加反直觉的研究：在一家未公开的加利福尼亚医院，吉尔伯特正在调查是否将无害的芽孢杆菌添加到医疗设施中可以减少病原体的流行，包括耐多药性细菌和病毒。“如果在一个新消毒的表面上什么都没有，你咳嗽时带着富含病毒的细菌落在桌子上，它会在那里存活，”吉尔伯特说。“但如果芽孢的数量足够多，那么芽孢将会竞争并排挤其他落在表面上的病原体。”过去已经进行过类似的研究，并取得了令人鼓舞的发现，但吉尔伯特的研究更加严谨。

利用细菌进行清洁的想法并不像听起来那么不切实际。上世纪40年代，一家名为Novozymes的丹麦公司开始销售用于净化废水的环境微生物。在上世纪80年代和90年代，该公司还与美国政府签约进行了一项大规模的生物修复项目，帮助清理埃克森美孚号油轮泄漏事故。大约在同一时间，Novozymes派研究人员寻找可能有助于清洁家庭化粪池、餐厅油脂陷阱、宠物污渍等的细菌。他们在弗吉尼亚公园的户外烧烤场和佛罗里达餐厅的厨房发现了能够降解油脂和气味的细菌。

如今，Novozymes价值约160亿美元，其微生物是数十种家用品牌的关键成分。其中包括Aunt Fannie’s微生物益生元多表面清洁剂和Counter Culture益生元清洁调味剂等产品。Counter Culture的网站上写着：“我们以益生元的方式进行清洁，就像自然4亿年来一直在进行的方式一样……”。这个想法是部署一支微生物军队，消灭污垢、杂物和有机物，同时分解裂缝和缝隙中残留的物质。去年，甚至连Reckitt Benckiser LLC也推出了一款名为Veo的益生元清洁剂，该公司表示这将“有助于平衡家庭微生物组。”

更进一步，科学家们正在研究是否可以将有益的环境微生物引入城市住宅，以减少炎症性疾病的流行。在芬兰，一个团队在城市居民的门垫上播种了约30克（1盎司）的森林土壤，以便居民可以将室外微生物带入室内。这项为期六个月的实验显示，地毯确实改变了室内空气，使室内微生物更多来自室外。接下来，研究人员希望进行一项大规模研究，以查看受森林土壤影响的地毯是否可以改善婴儿和幼儿的免疫系统。（另一个芬兰团队正在绕过地毯，直接用土壤制剂涂抹婴儿，以找出是否有健康益处。）

到目前为止，没有人确切知道哪些室外微生物是有益的，以及最佳的接触量是多少。尽管如此，许多初创公司正在为家庭和企业推广细菌喷雾产品。总部位于比利时的 TakeAir 宣传一种“空气增湿器”，通过现有的通风系统散布土壤和海洋来源的微生物，为建筑用户创造“100%天然和保护性的生物圈”。客户包括比利时一家连锁健身房和安特卫普的一个住房项目。另一家领先者， Betterair 在以色列销售“世界上第一款有机空气和表面益生菌”，一款售价为400美元的独立微生物喷雾器。（更换装置售价为99美元。）

这些技术变得更加被理解和更加普及只是时间问题。Gilbert说：“有绝对令人着迷的研究要做。”“我想也许可以改造芽孢，使其具有可以刺激房间内人们免疫系统的特性。”Van den Wymelenberg也充满希望：“这些东西没有理由不起作用，”他说。“我们已经在我们的建筑中大量操纵微生物，只是不是故意的。”

在六月的一个星期二下午，梁在教他18岁的儿子开车时接听了我的电话。在被问及益生元空气增强剂时，他笑了。“这实际上反映了人类很多东西，”他说。“我们建造了如此干净的建筑，以至于现在我们不得不购买大自然并将其喷回去。这就是我们有多愚蠢。”

也许这场大流行将成为一个警钟。“这是我们纠正过去200年错误的机会，”他说，谈到恢复我们与土壤、植物和动物的关系。这并不容易。科学记者艾米莉·安斯在她的书中报告说，在未来40年内，全球室内面积的总量将大致翻倍。鉴于新冠疫情的可怕，许多企业和建筑管理者也将尽最大努力清洁室内环境，也许会导致意想不到的后果。

与此同时，气候危机正在加剧潜在的健康风险，因为 洪水、野火和人为灾害摧毁了自然界，使我们暴露于危险的新疾病之中，同时消灭了我们可能需要以预防广泛慢性疾病的微生物（更不用说我们可能需要它们作为药物）。梁说，城市空气通常缺乏有益的自然细菌。“在冬天，树叶落尽时，你知道城市空气中主要发现的是什么吗？”他问。“是来自动物粪便的微生物。”

尽管一些人清洁过度、食用更多垃圾食品和饮酒，但根据疾病控制和预防中心的数据，抗生素的处方量与去年相比显著下降。一个解释是由于社交距离导致的非新冠病毒疾病减少。

尽管人们的交往减少，不再共享微生物（当没有病原体参与时这可能是有益的），但那些有幸居住在不需要在室内躲藏的地方的人正在更多地花时间接近自然。“我的意思是，我看到了以前我甚至不知道存在的邻居，他们正在假装自己在园艺的土壤中工作，”一位微生物组专家说。随着企业允许员工在家工作，许多人也放弃了城市生活，选择更绿色的环境。

但冬天已经来临，随着更多人进入室内，疫情再次激增。如果我们不调整我们的生活方式，从微生物的角度开始使我们的建筑更健康，梁医生说，我们将受到更严重的打击。“如果你认为这次疫情糟糕，再等50年，当我们有一个更老龄化的人口和更高的医疗成本时，情况会更糟。”

他警告说，在不久的将来，三个相互关联的因素将越来越影响我们的健康：气候变化、慢性健康问题和更多的流行病。“我们将不得不为此进行设计，”梁医生说。“重要的是再次将人类和自然联系在一起—就像在天堂一样。” 阅读下一篇文章: 美国对杀菌剂Lysol永远无法满足