《Environmental Science & Technology》：Defining a Healthy Microbiome of the Built Environment
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专业术语翻译
建筑结构内栖息着复杂且动态的微生物群落，其组装受 occupancy（居住情况）、ventilation（通风）、建筑材料、清洁实践、与室外环境的连通性及其他因素塑造。这些群落统称为建筑环境微生物组（microbiome of the built
专业术语翻译
建筑结构内栖息着复杂且动态的微生物群落，其组装受 occupancy（居住情况）、ventilation（通风）、建筑材料、清洁实践、与室外环境的连通性及其他因素塑造。这些群落统称为建筑环境微生物组（microbiome of the built environment, MoBE），正日益被认为对人类健康至关重要，然而目前对于何为健康的MoBE尚无共识性定义。这一空白阻碍了旨在平衡微生物多样性和免疫支持与最小化传染病风险的工程努力的发展。研究人员提出三个共同定义健康MoBE的支柱：(i) 病原体低于情境特异性风险阈值；(ii) 非无菌性（non-sterility），因为在大多数情境下无菌可能对人体健康而言并非最优；(iii) 弹性多样性（resilient diversity），因为更多样化的群落可能更能抵抗病原体定植并能更快地从扰动中恢复。研究人员综合了每个支柱的证据，提出了一个用于反馈控制的MoBE工程框架，并讨论了在不同建筑类型和 occupant populations（居住人群）中应如何权衡各支柱的优先级。研究人员确定了推进可操作的性能标准以支持健康建筑的关键研究优先事项。
论文解读文章
一、研究背景与问题
人类约90%的时间在室内度过，因此建筑环境（built environment, BE）成为人与微生物相互作用的主要场所。建筑环境微生物组（microbiome of the built environment, MoBE）由细菌、古菌、病毒、原生动物、真菌及其他微观真核生物组成，存在于表面、空气、水及建筑空间的其它介质中。这些群落的形成受居住者、通风、材料、清洁方式等多变量影响，并通过病原体传播、免疫效应、抗菌素耐药性（antimicrobial resistance, AMR）基因扩散等途径调节居住者健康。
尽管MoBE的重要性日益被认识，但目前缺乏一个普遍认可的“健康”MoBE的定义。没有这样的定义，对MoBE进行工程化以实现健康相关目标就如同设计水处理系统却没有水质标准——无法判断是否达到了预期效果。现有标准如ASHRAE 62.1（可接受室内空气质量通风标准）和ASHRAE 241（感染性气溶胶控制标准）虽推动了重要创新，但仍未涵盖全面的MoBE健康定义。
为此，研究人员提出一个基于三个经验可测支柱的广泛工作定义：(i) 风险最小化的病原体、(ii) 非无菌性、(iii) 弹性多样性。该研究旨在提供一个可操作、情境敏感且有理论依据的框架，以便将MoBE健康定义转化为可测量的指标和性能目标，最终纳入建筑性能标准。
二、关键技术方法
本研究是一篇观点综述（Perspective article），主要采用了以下关键技术方法框架：
- 1.
定量微生物风险评估（quantitative microbial risk assessment, QMRA）：利用病原体的剂量-反应关系和预设的可耐受风险阈值，推导微生物控制策略的量化性能目标或环境中可接受的微生物危害水平。该方法最初主要用于水媒感染风险，现已被扩展到包括fomite（污染物）和气溶胶暴露途径。
- 2.
生态学理论与多样性分析框架：借鉴肠道微生物组研究和宏观生态学的多样性-入侵效应理论，采用alpha多样性（如Shannon指数、Simpson指数、Faith's PD）和beta多样性指标评估群落状态，并引入功能多样性概念衡量代谢通路冗余度和抗性组特征。
- 3.
反馈控制系统工程理论：将MoBE工程类比为恒温器控制：测量群落状态、与定义的“健康”定量目标比较、实施干预以减少偏差。该框架整合了微生物检测、QMRA驱动的风险解读和靶向干预策略。
三、研究结果
支柱I：病原体低于可耐受风险（Pathogens Below Tolerable Risk）
MoBE与人体健康最明确的联系是通过病原微生物暴露。研究表明，在大多数情境下病原体无法被完全消除，只能降低到某个可耐受水平。因此，健康MoBE应将已知病原体（包括机会性病原体）维持在情境特异性风险阈值以下。研究人员基于QMRA框架提出，可通过病原体浓度（如每m3空气中的基因组拷贝数或每cm2表面的基因组拷贝数）链接到感染概率，从而推导风险知情阈值。例如，美国EPA常用的感染风险基准为每人每年万分之一感染风险（1 in 10,000 annual risk of infection per person）。此外，该支柱还应考虑机会性病原体（如铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa、烟曲霉Aspergillus fumigatus、耳念珠菌Candida auris等）和环境抗性组（environmental resistome），特别是AMR富集应被视为独立的风险终点。
支柱II：非无菌性（Non-Sterility）
传统感染控制依赖于通过消毒减少总微生物负荷，以无菌为规范性目标。但研究人员指出，无菌既不可实现也不宜作为通用室内标准。首先，消毒剂从未能消灭所有微生物，芽孢杆菌属（Clostridioides difficile, Bacillus spp.）、分枝杆菌、真菌等对处理尤其耐受。其次，激进消毒会创造生态真空或“微生物沙漠”，易被耐受性微生物快速再定植，且可能产生优先效应对其他群落不利。因此，研究人员提出非无菌性——即有意避免广泛的灭菌条件——是健康MoBE的定义特征。该支柱建议在许多场景下减少广谱消毒，转向更“微生物友好”的清洁方法，如益生菌基卫生系统（probiotic-based sanitation, PBS），通过应用假定无害的益生菌微生物竞争性排斥病原体。此外，增加室外空气交换率可将室外微生物多样性引入室内，有助于使室内群落远离病原体富集状态。非无菌性还与适当的免疫发育和训练相关，“卫生假说”和“老友假说”认为现代BE中微生物暴露减少是高收入国家过敏性和自身免疫性疾病高发的原因之一。
支柱III：弹性多样性（Resilient Diversity）
多样化的微生物群落更稳定、更抗入侵、更能从扰动中恢复。遗传和功能多样性通过冗余性赋予弹性——多个微生物种群共享生态或代谢角色，使得生态系统能在面对清洁事件、occupancy变化、季节性波动和病原体引入等扰动时维持健康状态。研究人员强调，弹性多样性应同时涵盖分类学弹性和功能弹性。alpha多样性决定了吸收扰动的功能冗余度，beta多样性反映了系统在扰动后重建群落组成的适应能力，而功能多样性（如关键代谢通路覆盖度、抗性组多样性）可能比单纯的分类学多样性更直接相关于MoBE弹性。抵抗病原体引入和定植（colonization resistance）是多样性应成为健康MoBE特征的关键原因。经典生态学中的“多样性-入侵效应”已在土壤等系统中得到验证——物种丰富度越高，对病原体大肠杆菌（Escherichia coli）入侵的抵抗力越强。多样化群落通过竞争生态位、产生抗菌化合物、调节营养可利用性等方式预防或减缓病原体建立。弹性可通过纵向监测进行量化：弹性MoBE在微生物控制措施后能迅速恢复，而脆弱的MoBE可能出现持续失调，为病原体入侵创造条件。
工程化MoBE
研究人员提出通过反馈控制和基于性能的建筑标准来实现MoBE工程化。概念上是一个简单的反馈控制系统：测量群落状态、与定义的“健康”定量目标比较、实施干预。然而实际应用远比恒温器复杂，因为干预与群落状态之间的关系是非线性、历史依赖且情境特异的。不同建筑类型和occupant vulnerability（居住者脆弱性）决定了三大支柱的优先级权重：重症监护室和骨髓移植病房应以支柱I为主导，容忍非无菌性的空间较小；小学和住宅环境则应给予支柱II和III更大权重。在这两类极端之间，适当侧重取决于居住者脆弱性、地方性病原体压力和特定建筑功能。
研究优先事项
研究人员识别了多项关键研究需求，按逻辑依赖关系排序：测量（measurement）是首要依赖项，需要开发快速、定量、能指示活性的检测方法和生物传感器，并建立平台特异性验证标准和标准化采样协议；推进适用于BE的QMRA，将其扩展至室内空气和表面环境，并鼓励开发正向剂量-反应关系以量化有益微生物暴露的健康效益；流行病学验证（epidemiological validation）需要精心设计的随机对照试验和观察性研究，纵向追踪MoBE特征与可测量健康结局之间的因果关系；建立多样性和弹性基准（diversity and resilience benchmarks），通过纵向研究跟踪扰动事件中的群落多样性和稳定性；开发新型干预措施（interventions），包括靶向消毒、益生菌基卫生、工程微生物接种剂、噬菌体和真菌病毒靶向应用等；研究接受度（acceptance）问题，了解建筑居住者对有意引入微生物的开放程度；以及推进监管与建筑标准的对齐（regulation and alignment with building standards），将生物质量指标纳入ASHRAE、WELL和LEED等认证框架。
四、讨论与结论
研究人员提出一个健康MoBE的工作定义：病原体低于可耐受风险、非无菌性和弹性多样性。这三个支柱均可测量，且分别得到生态理论和BE中不断积累的经验证据支持，但各支柱的证据成熟度不同：支柱I建立在完善的QMRA方法论和超过一个世纪的环卫微生物学基础上；支柱II的健康相关性主要依赖于因果关系机制尚未完全阐明的流行病学关联；支柱III则遵循稳健的生态学理论并得到新兴经验证据的支持。三者共同构成了可操作化的原则，能够通过反馈控制工程化这些复杂系统，并整合进基于结果的建筑标准。该框架及其三个支柱的相对侧重点应根据具体情境加以应用。
从这一定义到经过验证的定量标准，路径复杂且需要在MoBE社区达成共识。这需要推进快速、定量且能指示活性的检测方法；发展更完善的QMRA框架；确立公认的多样性基准；开发既能控制病原体又能保护有益微生物的新型微生物管理策略；以及获取流行病学证据进行验证。创建这一有效的新型MoBE管理基础设施需要研究界、监管机构和私营部门的持续投入。MoBE领域正处于一个转折点，研究人员对这些系统的了解已达到足以尝试为人类集体利益进行工程化的程度，但仍有许多不确定性尚待解决。
