新冠大流行：微生物組可能是阻止未來病毒傳播的關鍵 - 彭博社

圖片插圖：731；照片：Agefoto；國會圖書館；科學資源

四年前，一位建築博士生向Luke Leung 尋求幫助，希望他能幫忙想出一個論文課題。Leung是一位工程師，他的項目包括迪拜的世界最高建築——哈利法塔，他提出了這樣一個問題：天堂是什麼？

“學生進行了大量研究，發現無論是伊斯蘭教、猶太教還是基督教，天堂總是一個有花園和流水的地方，”來自建築巨頭Skidmore Owings & Merrill的可持續工程工作室主任Leung回憶道。“於是我們開始質疑，‘如果那就是天堂，那麼我們現在生活的地方究竟是什麼？’”

在西方世界，人類有90%的時間都是在室內度過的。平均美國人甚至更多——93%的時間都在建築物或汽車內。多年來，科學家們一直在警告我們與户外的脱節與一系列慢性健康問題有關，包括過敏、哮喘、抑鬱症、腸易激綜合徵和肥胖症。最近，各個領域的專家開始研究為什麼建築物，即使是設計得儘可能無菌的建築物，也是疾病的傳播媒介，尤其是新冠病毒。

“中國有一項涉及7300多例病例的研究，猜猜有多少人是在户外感染的？” Leung問道。“只有兩個。” 在明尼蘇達州的“黑人的命也是命”抗議活動後進行的早期檢測也表明，即使成千上萬人聚集在户外交談、呼喊和高呼口號，只要大多數人戴着口罩，SARS-CoV-2的傳播是罕見的。在超過13000名抗議者中進行的測試中，只有1.8%呈陽性。其他州也顯示了類似的結果。

梁説，建築設計與自然的“不協調”部分地導致了我們患上慢性疾病和當前流行病的困擾。相對缺乏空氣流動和陽光是一個明顯問題；温度、濕度和室內空氣污染也起着作用。但還有另一個不太被討論的因素：建築環境的微生物羣，包括細菌、真菌和病毒在內的數萬億微生物。

直到大約15年前，很少有科學家——甚至更少的建築師、設計師和工程師——關注室內微生物，除了一些問題性的生長，比如黑黴和引發軍團菌病的細菌。2001年炭疽病毒襲擊之後，情況發生了變化，當時信封裏夾帶着致命細菌寄給政客和新聞機構的辦公室，造成5人死亡，17人感染。非營利組織阿爾弗雷德·P·斯隆基金會的專家開始考慮建築在緩解生物恐怖主義威脅中可能扮演的角色。意識到我們對室內存在的微生物幾乎一無所知，該基金會投入了數千萬美元進行研究。很快，科學家們發現了快速演化的室內微生物羣豐富的生態系統。至關重要的是，大多數與室外羣體幾乎沒有重疊，包括人類在數百萬年中共同進化的有益物種。

現在，全球大流行肆虐，這些研究人員突然備受青睞。 “我們的日程表相當滿，”俄勒岡大學生物與建築環境中心主任凱文·範登·維梅倫伯格説。他過去每週收到兩三次詢問，要求建築健康方面的建議。現在他每天收到20個。“從醫院到大型商業房地產組合，再到養老院和學區，再到經營理髮店的個人朋友，他們正在考慮是否應該為顧客吹乾頭髮。”

當然，與微生物有關的最緊迫問題是在哪裏找到SARS-CoV-2以及如何消滅它。除此之外，還有一些長期的問題。我們如何促進室內微生物羣落，使其不會讓我們患上慢性疾病或滋生致命病原體？我們是否真的可以像農民耕種田地一樣，在我們的建築物中培育有益微生物？包括範登·維梅倫伯格在內的專家們相信所有這些都是可能的。“我真的相信我們未來的建築運營商和設計師將會考慮如何塑造微生物羣落，”他説。

圖片插圖：731；照片：Agefoto；Alamy；Science Source；USDA“微生物組”這個術語最常用來指代棲息在我們身體中的微生物羣落，其中許多有助於產生維生素、激素和其他對我們的免疫系統、新陳代謝、情緒等至關重要的化學物質。在典型人體中，微生物細胞的數量與含有人類DNA的細胞一樣多，總重量約為2磅。在最近幾十年裏，我們的個人微生物組受到了諸多因素的影響，比如不良的飲食習慣、剖腹產率的上升、抗生素的過度使用、消毒劑和其他殺菌劑的濫用，以及與動物和自然界中有益微生物的接觸減少。根據2015年的一項研究，美國人的微生物組大約只有猶諾馬米部落（一個偏遠的亞馬遜部落）的一半多樣性。

就像我們的身體一樣，我們居住的建築物也充滿了微生物。北卡羅來納州立大學應用生態學教授羅布·鄧恩在他2018年的著作中寫道：“深呼吸吧，”《永遠不孤獨》。 “每次呼吸，你都會將氧氣帶入肺泡深處，同時也帶入數百甚至數千種物種。坐下來。每個你坐的地方都被成千上萬種物種的漂浮、跳躍、爬行的馬戲團所包圍。” 鄧恩説，在家中發現的細菌物種比地球上的鳥類和哺乳動物物種還要多。2015年，研究人員發現室內空氣中細菌和病毒的濃度幾乎相等。（幾乎所有病毒都是無害的，有些甚至可能是有益的。） 隨着時間的推移，這些許多微生物已經適應生存，甚至繁衍，無論是在我們的枕套和牙刷上，還是在我們的洗碗機、淋浴頭、烤箱和冰櫃等更極端的氣候中。

許多微生物源自人類，或者可能以人類碎屑為食。就像漫畫《花生》中的皮格彭一樣，我們每個人身上都有大約每小時噴出約3700萬個細菌和800萬個真菌顆粒的微生物羽毛；不同之處在於我們的微生物羽毛對於肉眼是看不見的。在室內，這種影響是可測量的。一項研究指出，酒店客人只需不到24小時就能用他們的個人微生物殖民一個房間，抹去以前客人的所有痕跡，使空間微生物上相同於他們的家。

考慮到我們永恆的散發，很容易想象冠狀病毒在房間內如何傳播。一次噴嚏釋放大約3萬個微生物填充的飛沫，速度高達每小時200英里。咳嗽釋放約3,000個飛沫，速度達到每小時50英里。簡單的呼氣產生50到5,000個飛沫。我們知道，感染流感的人每分鐘呼吸時釋放多達33個病毒顆粒，打噴嚏時釋放約2億個。與此同時，暴露在幾百個SARS-CoV-2顆粒中可能足以引起感染。

在户外，我們的看不見的羽狀物幾乎總是迅速擴散，對於攜帶Covid的人來説，這是一件非常好的事情。弗吉尼亞理工大學傳染病傳播專家和土木與環境工程教授林賽·馬爾（Linsey Marr）表示：“釋放到空氣中的任何病毒都會迅速被稀釋，被風流推動，並在看似無限的空間中擴散。”“這就像把一滴染料放入海洋與放入一杯水之間的區別一樣。”陽光也可以在短短五分鐘內使病毒失活——對於SARS-CoV-2來説是八分鐘。美國國土安全部的一項研究發現，冠狀病毒在室內黑暗環境中可能掛在那裏數小時。

面對看不見的、潛在致命的病毒，人們可以理解地衝出來用漂白水進行消毒。但盲目使用漂白水可能適得其反。首先，錯誤的努力可能是一種巨大的時間和金錢浪費。例如，紐約市在春季宣佈，首次在清晨關閉地鐵系統，以深度清潔每一列火車。“這都是表演！”加州大學聖地亞哥分校的教授和微生物組研究員傑克·吉爾伯特（Jack Gilbert）説。“你用漂白劑清潔地鐵，漂白劑乾燥後就會失去活性。如果只有一個患有Covid-19的人接觸到那個表面，那四個小時的清潔就毫無效果。”而且因為我們現在知道SARS-CoV-2最常通過空氣傳播，清潔工作似乎更加徒勞。

更嚴重的風險是，試圖消毒我們周圍環境可能會殺死對人類健康至關重要的細菌，甚至更糟的是，無意中促進更危險的細菌，包括耐藥超級細菌的生存和進化。“我們應該擔心，”加州大學聖地亞哥分校兒科教授、微生物組創新中心的創始主任Rob Knight説。“如果我們過分熱衷於清除所有本應自然存在的細菌，那麼我們可能正在為細菌甚至病毒創造棲息地，這些病菌可能更難清除。”

任何化學物質都無法清除一切，留下的東西通常是不受歡迎的。微生物學家在國際空間站上擦拭，以瞭解在一個封閉的、據説是無菌的艙室內發生了什麼，其中每一點食物和設備都在一個專門設計的NASA設施內被消毒。結果表明，微生物無處不在，幾乎所有微生物都源自人類。其中最常見的是與糞便、臭腳和腋窩有關的細菌，這也許是為什麼國際空間站被描述為散發着塑料、垃圾和體味混合氣味的原因。

在地球上，適當的衞生習慣可以有效減少接觸引起食物中毒和鏈球菌喉炎等病原體的風險，但我們往往採取極端手段，使用肥皂和水就能勝任的情況下使用刺激性化學物質。多年來，抗菌物質已被添加到各種產品中——牆漆、廚房海綿、內衣、唇彩。現在我們變得更加極端。

“這只是一種猜測，但我們可能會看到這一代孩子患有更多免疫相關疾病的情況”

為了希望直接清除空氣中的SARS-CoV-2，一些建築管理員正在安裝所謂的雙極離子化裝置，儘管它們可能對新冠病毒無效，有時會產生有害氣體，如肺刺激物臭氧。至於在辦公室和其他公共空間大量使用的抗菌清潔劑和表面塗層，我們可能正在將大量不被充分了解的、潛在有毒的化學物質引入我們的日常生活中，同時加速了災難性超級細菌的進化。

“我們在不同環境中使用相同的抗菌劑的次數越多，這些微生物就有更多機會發展抗藥性，”西北大學工程教授埃裏卡·哈特曼説道，她專注於室內微生物學和化學。“如果它們對抗菌劑本身產生了抗藥性，那就不太好，因為我們失去了清潔武器庫中的重要產品。但如果它們還對臨牀相關的抗生素產生了抗藥性，而我們擁有的這些抗生素已經非常有限，那就更令人擔憂了——有證據表明這兩種情況都會發生。”

除了壞細菌，清除有益細菌也與慢性健康問題有關。一項經常被引用的系列研究，從1998年開始，研究了芬蘭-俄羅斯邊境地區卡累利亞的清潔與疾病之間的關係，在那裏人們擁有相似的遺傳基因。在富裕、清潔的芬蘭一側，人們患炎症性疾病的可能性多達俄羅斯一側的13倍，俄羅斯一側的大多數人住在農村住宅，飼養動物，並種植自己的花園。

我們在疫情時代的抗菌運動可能對成年人已經形成的微生物羣落影響不大。但是嬰兒和幼兒需要接觸各種微生物來訓練他們正在發育的免疫系統，可能會受到更嚴重的影響。Knight説：“這只是一種猜測，但我們可能會看到這一代孩子在免疫相關疾病方面有更多問題，特別是在人們不得不在室內隔離的地方，孩子們沒有機會外出的地方。”

在疫情爆發前幾年，SOM的梁開始思考建築物的微生物學。這不是他傾向於向潛在客户提及的事情。“如果你告訴客户，‘讓我們談談微生物，’他們會説，‘滾開，下一個！’”他説。“我們必須謹慎處理這個問題。”

除了使用有機材料和最大限度地利用自然光和室外空間外，梁表示可以採取許多措施使建築物在微生物水平上更健康。為了更安全的空氣，他推崇使用設計用於消除SARS-CoV-2和其他病原體和污染物的過濾器，但他警告不要使用雙極離子化技術，並表示空氣不應長時間被滅菌。梁建議儘可能部署通風系統，將辦公室充滿微生物多樣性的室外空氣。他目前的項目之一是2022年完工的深圳微眾銀行31層高的大廈，該大廈將通過陽台上種植的樹木吸入空氣，然後將其引入室內。“有時我們也會在夜間打開建築物，”梁説，指出首先會測量室外空氣中的污染物。“白天人們需要空調，但當他們離開時，你可以用室外的微生物重新充實建築物。”

適當的通風在高效能建築中尤為重要，這些建築就像宇宙飛船一樣，被設計成與外界隔離。除了提供新鮮氧氣和消除令人昏昏欲睡的二氧化碳積聚外，良好的氣流和過濾還可以減少接觸到室內發現的一長串大多未受監管和未受監測的化學物質。這些化學物質包括已知的致癌物和內分泌干擾物，這些物質存在於地毯、電腦、漂浮的灰塵、辦公椅、油漆等物品中。室外污染也會滲入建築物內並被困住，尤其是在通風系統關閉的時候。所有這些意味着室內空氣往往比室外空氣更糟糕，一些污染物的水平可能會升高到室外空氣的10倍以上。

對於企業來説，更好的空氣質量單單就能為每位員工每年增加約6500至7500美元的生產力，主要是由於提高了警覺性和敏鋭度，哈佛大學教授約瑟夫·艾倫和約翰·麥康伯在四月份出版的書籍《健康建築》中指出。相比之下，他們指出，在對40棟建築中的3000多名工人進行的一項研究中發現，57%的病假歸因於空氣質量不佳。令人不安的是，艾倫和麥康伯還寫道，多達90%的美國學校不符合最低通風要求，而這些標準已經遠低於最佳水平。

在倫敦、洛杉磯、孟買和其他污染嚴重的城市，室外空氣在被抽入室內之前需要經過嚴格過濾，而大多數有益的室外微生物可能無法存活。但在更清潔和更綠色的地區，簡單地打開窗户已被證明是有效的。“在服用抗生素後，你應該吃酸奶來補充益生菌，”俄勒岡大學的範丹·維梅倫伯格的同事、研究助理教授馬克·弗雷茨説道，他在建築環境健康研究所工作。“對於你的建築物來説，酸奶本質上就是打開窗户。”

2012年，研究人員比較了俄勒岡州波特蘭一間有可開啓窗户的醫院房間與一間窗户永久密封的醫院房間的微生物羣落。Fretz説：“很難找到甚至有可開啓窗户的醫院。”結果表明，打開窗户會導致房間內更多的微生物多樣性，包括植物和葉子上發現的物種。值得注意的是，遇到病原體的幾率也顯著降低。（附註：盆栽植物也會在室內空間中播種有價值的天然微生物，它們可以顯著提高人類的幸福感、身心健康，甚至原創思維，但它們幾乎不會改善空氣質量。）

另一種實現更健康空氣的方法是加濕，目前在北美極為罕見，任何在乾燥過熱的冬季掙扎的辦公室工作者都知道這一點。“美國大多數商業建築都沒有加濕，”Leung説。“這就是為什麼這個冬季疫情可能會變得更糟。”空氣中足夠的濕度不僅可以使人類免疫系統發揮最佳作用，還會導致病毒顆粒迅速沉降到地面並更快地死亡。根據一些計算，乾燥空氣中的病毒可以存活的時間是相對濕度約為40%的建築中的病毒的六倍長。

當然，單靠建築干預不能消除SARS-CoV-2傳播的風險，所以最好保持社交距離和佩戴口罩。與此同時，大學和初創公司的科學家們正在競相開發用於空氣過濾器、建築表面、廢水甚至室內空氣的微生物傳感器。“我們有工具幫助我們看到看不見的東西，”Van den Wymelenberg説。目前，這些檢測工具還處於起步階段，依賴於反覆收集樣本並將其運送到實驗室進行測試的艱苦過程。

“這些東西沒有理由不能起作用。我們已經在我們的建築物中大量操縱微生物羣落，只是不是故意的”

吉爾伯特對建築物中的微生物干預有着雄心勃勃的計劃。作為一名微生物生態學家，他在土壤、植物和海洋系統上的工作經驗，當他得知斯隆基金會正在推廣所謂的建築環境微生物學時，最初持懷疑態度。吉爾伯特説：“我以為那是個笑話，我承認，我認為建築環境中不可能有太多微生物，那麼為什麼會有人感興趣呢？”

然後，在2012年冬天，他接待了斯隆基金會項目主任保拉·奧爾西夫斯基的訪問。當時他是芝加哥大學的教授，會議結束時，城市下起了暴風雪。“我提出開車送她回酒店，因為我有一輛能應對雪的車，”吉爾伯特回憶道。“但是下雪非常大，開了兩個半小時，那段時間她説服了我。”

現在處於微生物羣落研究的前沿，吉爾伯特甚至被允許在2016年對奧巴馬總統的微生物羣落進行取樣（他不被允許透露結果）。當疫情爆發時，吉爾伯特迅速將他的大部分研究資金轉向研究SARS-CoV-2。他與奈特實驗室合作的一個項目是研究病毒如何在醫院中傳播，它最常駐留在哪裏，以及它是否像流感病毒一樣搭便車於邪惡細菌之上通常會這樣做。

他還在進行第二項更加反直覺的研究：在一家未公開的加利福尼亞醫院，吉爾伯特正在調查是否將無害的芽孢桿菌添加到醫療設施中可以減少病原體的流行，包括耐多藥性細菌和病毒。“如果在一個新消毒的表面上什麼都沒有，你咳嗽時帶着富含病毒的細菌落在桌子上，它會在那裏存活，”吉爾伯特説。“但如果芽孢的數量足夠多，那麼芽孢將會競爭並排擠其他落在表面上的病原體。”過去已經進行過類似的研究，並取得了令人鼓舞的發現，但吉爾伯特的研究更加嚴謹。

利用細菌進行清潔的想法並不像聽起來那麼不切實際。上世紀40年代，一家名為Novozymes的丹麥公司開始銷售用於淨化廢水的環境微生物。在上世紀80年代和90年代，該公司還與美國政府簽約進行了一項大規模的生物修復項目，幫助清理埃克森美孚號油輪泄漏事故。大約在同一時間，Novozymes派研究人員尋找可能有助於清潔家庭化糞池、餐廳油脂陷阱、寵物污漬等的細菌。他們在弗吉尼亞公園的户外燒烤場和佛羅里達餐廳的廚房發現了能夠降解油脂和氣味的細菌。

如今，Novozymes價值約160億美元，其微生物是數十種家用品牌的關鍵成分。其中包括Aunt Fannie’s微生物益生元多表面清潔劑和Counter Culture益生元清潔調味劑等產品。Counter Culture的網站上寫着：“我們以益生元的方式進行清潔，就像自然4億年來一直在進行的方式一樣……”。這個想法是部署一支微生物軍隊，消滅污垢、雜物和有機物，同時分解裂縫和縫隙中殘留的物質。去年，甚至連Reckitt Benckiser LLC也推出了一款名為Veo的益生元清潔劑，該公司表示這將“有助於平衡家庭微生物組。”

更進一步，科學家們正在研究是否可以將有益的環境微生物引入城市住宅，以減少炎症性疾病的流行。在芬蘭，一個團隊在城市居民的門墊上播種了約30克（1盎司）的森林土壤，以便居民可以將室外微生物帶入室內。這項為期六個月的實驗顯示，地毯確實改變了室內空氣，使室內微生物更多來自室外。接下來，研究人員希望進行一項大規模研究，以查看受森林土壤影響的地毯是否可以改善嬰兒和幼兒的免疫系統。（另一個芬蘭團隊正在繞過地毯，直接用土壤製劑塗抹嬰兒，以找出是否有健康益處。）

到目前為止，沒有人確切知道哪些室外微生物是有益的，以及最佳的接觸量是多少。儘管如此，許多初創公司正在為家庭和企業推廣細菌噴霧產品。總部位於比利時的 TakeAir 宣傳一種“空氣增濕器”，通過現有的通風系統散佈土壤和海洋來源的微生物，為建築用户創造“100%天然和保護性的生物圈”。客户包括比利時一家連鎖健身房和安特衞普的一個住房項目。另一家領先者， Betterair 在以色列銷售“世界上第一款有機空氣和表面益生菌”，一款售價為400美元的獨立微生物噴霧器。（更換裝置售價為99美元。）

這些技術變得更加被理解和更加普及只是時間問題。Gilbert説：“有絕對令人着迷的研究要做。”“我想也許可以改造芽孢，使其具有可以刺激房間內人們免疫系統的特性。”Van den Wymelenberg也充滿希望：“這些東西沒有理由不起作用，”他説。“我們已經在我們的建築中大量操縱微生物，只是不是故意的。”

在六月的一個星期二下午，梁在教他18歲的兒子開車時接聽了我的電話。在被問及益生元空氣增強劑時，他笑了。“這實際上反映了人類很多東西，”他説。“我們建造瞭如此乾淨的建築，以至於現在我們不得不購買大自然並將其噴回去。這就是我們有多愚蠢。”

也許這場大流行將成為一個警鐘。“這是我們糾正過去200年錯誤的機會，”他説，談到恢復我們與土壤、植物和動物的關係。這並不容易。科學記者艾米莉·安斯在她的書中報告説，在未來40年內，全球室內面積的總量將大致翻倍。鑑於新冠疫情的可怕，許多企業和建築管理者也將盡最大努力清潔室內環境，也許會導致意想不到的後果。

與此同時，氣候危機正在加劇潛在的健康風險，因為 洪水、野火和人為災害摧毀了自然界，使我們暴露於危險的新疾病之中，同時消滅了我們可能需要以預防廣泛慢性疾病的微生物（更不用説我們可能需要它們作為藥物）。梁説，城市空氣通常缺乏有益的自然細菌。“在冬天，樹葉落盡時，你知道城市空氣中主要發現的是什麼嗎？”他問。“是來自動物糞便的微生物。”

儘管一些人清潔過度、食用更多垃圾食品和飲酒，但根據疾病控制和預防中心的數據，抗生素的處方量與去年相比顯著下降。一個解釋是由於社交距離導致的非新冠病毒疾病減少。

儘管人們的交往減少，不再共享微生物（當沒有病原體參與時這可能是有益的），但那些有幸居住在不需要在室內躲藏的地方的人正在更多地花時間接近自然。“我的意思是，我看到了以前我甚至不知道存在的鄰居，他們正在假裝自己在園藝的土壤中工作，”一位微生物組專家説。隨着企業允許員工在家工作，許多人也放棄了城市生活，選擇更綠色的環境。

但冬天已經來臨，隨着更多人進入室內，疫情再次激增。如果我們不調整我們的生活方式，從微生物的角度開始使我們的建築更健康，梁醫生説，我們將受到更嚴重的打擊。“如果你認為這次疫情糟糕，再等50年，當我們有一個更老齡化的人口和更高的醫療成本時，情況會更糟。”

他警告説，在不久的將來，三個相互關聯的因素將越來越影響我們的健康：氣候變化、慢性健康問題和更多的流行病。“我們將不得不為此進行設計，”梁醫生説。“重要的是再次將人類和自然聯繫在一起—就像在天堂一樣。” 閲讀下一篇文章: 美國對殺菌劑Lysol永遠無法滿足