自然世界充满微生物。数十亿种细菌、古菌、病毒和真菌构成了土壤、水体和空气中的复杂生态系统。这些微生物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，并帮助调节地球气候与化学循环。
然而人们约90%的时间都在室内度过，这些经设计与外界隔离的空间对多数微生物而言充满敌意。现代建筑的无菌特性虽能防范传染病，但部分科学家认为这可能导致免疫系统相关疾病。他们正在探索能否将建成环境转化为益生元模式，使室内接触多样化有益微生物成为可能。
"益生元建筑意味着我们能精准清除有害微生物，同时允许良性微生物——甚至可能对我们有益的微生物——共存"，伦敦大学学院专注生物增强设计的建筑师理查德·贝克特表示，"这重新定义了'无菌即最安全'的传统建筑理念"。
但将住宅、办公室和学校作为工程化微生物暴露载体颇具争议。科学家仍在研究哪些微生物能在室内生存，尚不明确应引入何种微生物及如何确保安全有效。
抗菌建筑
全球多数人口居住在城市，许多人终日处于室内。2001年一项调查显示，美国受访者87%的时间在密闭建筑内，另有6%在交通工具中。
人类建筑（如住宅和办公室）的设计初衷是将人与动物、尘土及微生物隔离。但研究益生元室内环境的科学家指出，接触微生物对健康有益，尤其对儿童。接触尘土、农场动物及其相关微生物能积极影响儿童免疫系统。"在农场长大的人群患特应症风险降低50%"，加州大学圣地亚哥分校儿科医生兼微生物组研究员杰克·吉尔伯特表示。特应症会导致抗体过量产生，表现为哮喘、皮炎和食物过敏等症状。
美加阿米什社区居民常自行种植食物并乘坐马车出行，使其与动物、植物、土壤及其携带的微生物密切接触。阿米什学龄儿童哮喘患病率为5.2%（低于美国8.1%的平均水平）。
若儿童发育中的免疫系统需要环境微生物刺激——且此类刺激对成人也有益——城市居民往往错失良机。
现代建筑部分源于改善健康的诉求。尤其为规避肺结核，19世纪中叶至20世纪的设计理念应运而生。
"现代化建筑首先是消毒净化过程，通过光线、空气、洁净度及无裂缝的光滑白表面打造健康环境"，新泽西州普林斯顿大学建筑史学家比阿特丽斯·科洛米纳在《建筑评论》中写道。
这些策略拯救了生命，但部分建筑师和科学家认为过度追求洁净已走向极端。
20世纪早期，多数建筑设有可开启窗户引入新鲜空气，且每层建筑水平面积（建筑师称"楼板"）较小。这两种设计确保人们白天始终接近通风与自然光。
俄勒冈大学尤金分校健康建成环境研究所联合主任马克·弗雷茨指出，"楼板深度显著增加"导致部分办公楼员工整日远离窗户，且这些窗户通常无法开启。1970年代能源节约意识增强后，建筑师切断了室外空气通道以确保暖通系统高效运行。
"这创造了更依赖技术手段控制的合成化密闭环境"，弗雷茨说，"我们隐喻性地从洞穴过渡到了宇宙飞船"。
这些"宇宙飞船"对多数微生物充满敌意。塑料、玻璃和金属表面光滑干燥，土壤微生物难以附着且缺乏生存资源。地板、家具和工作台面常含抗菌化学物质，未添加者也定期喷洒含此类成分的清洁剂。
"可将建成环境视为某种极端环境"，伊利诺伊州埃文斯顿西北大学研究建成环境微生物组的埃丽卡·哈特曼表示。
除水槽排水口等少数潮湿肥沃区域外，室内微生物多样性明显低于室外。家庭微生物组研究表明，住宅主要栖息着住户身体（尤其手部、脚部和鼻腔）及其宠物携带的微生物。
这些微生物组具有短暂性，随建筑使用者移动而迁移。例如某项研究发现，三户搬家家庭将室内微生物组带至新居，其中一组甚至在搬迁前暂住的酒店房间短暂留存了微生物组。
活性材料
科洛米纳将现代建筑比作抗生素。正如药物滥用催生耐药性，建筑"制造了自身怪物"，她在《建筑评论》中写道。现有证据表明，自身免疫疾病、过敏及肥胖等代谢疾病受接触微生物影响，且微生物多样性正在减少。
她主张建筑应更像人类肠道：多孔且多样。但贝克特指出，将野外微生物引入室内困难重重，"建筑师追求永久稳定，而微生物'难以驾驭'——它们并不总是循规蹈矩"。
一种方案是将环境微生物融入建筑材料。曾在英国葛兰素史克制药公司任职的贝克特希望，将良性微生物群整合到建成环境中，或可抑制耐药病原体。抗菌素耐药性是重大公共卫生问题，据估计2019年导致近500万人死亡。
为此，贝克特与微生物学家合作开展"生物增强设计中的有机领地生态位"（NOTBAD）项目。团队选取耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）作为模型病原体，其可抵御多种抗生素且肆虐医院。良性微生物选用土壤细菌枯草芽孢杆菌菌株，实验证明其具抗菌特性且能在干燥室内存活。
下一步是选择可容纳良性微生物的材料。贝克特的工作基于"生物可接受性"概念——材料被生物体定植的能力。该理念融合材料科学与生态学，将苔藓或藻类在石碑生长等现象视为中性或积极过程，而非破坏性行为。"某些材料易受微生物生长影响"，贝克特认为这并非坏事。
玻璃等无孔光滑材料通常不具备生物可接受性。实验室制造的亲水聚合物（如水凝胶）生物可接受性高，但仅限小尺寸且建筑耐久性不足。
NOTBAD团队测试了3D打印塑料、铝材及多种混凝土配方作为枯草芽孢杆菌载体，评估微生物活性及复合材料对MRSA的抑制效果。
陶瓷基材料表现最佳，能有效抑制病原体生长。该材料相对坚固，表面粗糙多孔可保持湿度，形成微生物友好生态位。
活性陶瓷可用于制作室内瓷砖。"我们正挑战实验室的釉面白瓷砖传统——我们旨在颠覆这一模式"，贝克特表示。
目前仅为概念验证。枯草芽孢杆菌种群能否在建筑生命周期中无需水或营养维护而保持活性尚不明确。细菌能否随时间分布至整个室内环境——及其效果利弊——亦属未知。该微生物户外普遍存在且对多数人无害，但老年人或免疫缺陷者偶有感染案例。
拥抱木材
环境微生物向人体的转移极难研究——例如难以确认个体是通过环境还是人际接触获得微生物。
国际空间站等严格控制环境更易研究此类现象。2021年研究显示，某任务前鼻腔未携带金黄色葡萄球菌的宇航员，三个月后在站内检测呈阳性。
无论为预防传染病或通过有益微生物暴露改善健康，理解室内环境微生物组成至关重要。"即便使用抗菌清洁产品和材料，微生物依然存在"，哈特曼强调，"必须有意识地思考存在的微生物种类"。
弗雷茨正研究材料如何影响室内表面微生物，尤其关注木材特性。
建筑师日益倾向以工程木材替代混凝土。这种通过胶合木块或板材制成的材料比混凝土更环保——水泥生产约占全球二氧化碳排放量8%。木材可再生且可本地化获取。
但设计师常不愿在医院等场所使用工程木材。弗雷茨指出主要障碍是"木材不洁净"的认知，因此他正研究其真实微生物生态。
弗雷茨曾在美国印第安健康服务局担任牙医十年，后转向研究建筑微生物。他证明木材实际非常洁净：木材干燥入室后，表面微生物难以繁衍——医院常用石膏材料反而承载更高活性微生物量。
木材可吸收水分，有助于维持稳定健康的湿度水平。但涂层处理会改变特性——上漆后木表面行为更接近塑料。
树种差异亦具影响。2023年威尼斯建筑双年展期间，弗雷茨团队采集全球树种样本测序微生物DNA，并在展览中公开展示，计划在人群接触后重新采样。
团队仍在分析数据。木材因树种不同释放不同挥发性化合物——这解释了松木和雪松的特征气味。弗雷茨认为这会影响木板表面微生物组。
绽放的建筑
引入室内微生物的另一途径是带入植物及其富含微生物的土壤。现有迹象表明这对成人健康有益。
2022年研究显示，接触绿墙（覆盖活体植物的大型垂直结构，有时结合通风系统）的办公室员工，皮肤良性微生物多样性更高。这种多样性与血液中某些促炎蛋白水平降低相关。另有证据表明，身处有植物的房间可减少部分生理压力指标。
但多伦多大学建筑科学家、空气质量专家杰弗里·西格尔指出，尚不确定植物带来益处的具体机制。
西格尔正开展研究，验证当植物不可见时共享空间是否仍有益——若效果通过微生物或空气质量介导则应保留，心理效应则不会。"或许添加微生物并非关键，人们看到的才是重点"，西格尔说，"我们预计植物隐藏时不会产生益处"。
研究人员还关注室内植物土壤对人的影响。硬件店购买的袋装土壤成分通常成谜，常含引发过敏的真菌及可在排水管存活的 fungus gnats（真菌蚋），北卡罗来纳州夏洛特分校微生物基因组学研究员辛西娅·吉巴斯指出。
因室内环境对植物生存颇具挑战，人们常补充植物益生元——其成分同样模糊。吉巴斯团队已在线购入多种产品进行测试，为后续人体影响研究做准备。
贝克特正试验比植物墙维护更简便的微生物土壤引入方式。其团队开发出嵌入含活性微生物土壤提取物的生物可接受混凝土瓷砖。
提取物由赫尔辛基Uute Scientific公司提供，融合商业植物堆肥与芬兰森林地表材料。2020年研究显示，向芬兰日托中心户外空间添加森林地表材料可丰富儿童皮肤微生物群，并改变血液免疫蛋白水平。
贝克特预计这些混凝土瓷砖将释放类似"友好"微生物，对共处者产生可测量影响。项目中他连续三周在瓷砖旁就坐，合作者定期采集其血液样本。目前正分析其免疫系统是否产生反应。
处方建筑
益生元建筑并非普遍受欢迎。"无菌有害不等于其反面有益"，西格尔警告，释放微生物"可能引发巨大负面后果"。
因药物或健康状况导致免疫抑制者尤其面临意外风险。美国成人人口中约7%可能免疫抑制（女性比例近8%），这并非小众群体。
未告知使用者即在医院和办公室刻意播撒微生物或存风险。"若多样化微生物群落对婴儿有益，勿尝试通过建筑间接传递"，西格尔指出，"我们调控建筑温度数百年仍未臻完善"。
弗雷茨仍认为值得探索益生元设计。"无形环境影响深远，但我们从未为此设计"，他主张创建"微生物丰富多样的空间，使共生微生物能抑制病原体"。初期措施可简单如启用可开窗设计——在空气质量优良地区，夏季夜间通风既能引入户外微生物又可降低制冷成本。
科学家刚起步理解建成环境微生物学。微生物学家对需工程化暴露的微生物种类知之甚少，对建成环境复杂生态的理解也待深化。"厨房台面不同于琼脂培养基"，哈特曼指出。吉尔伯特认为初步结果"令人鼓舞"，但明确建议尚需时日，"足以为谨慎的益生元建筑实验提供依据，但未达处方级别"。
哈特曼呼吁研发更优工具，以解析室内微生物种类、健康影响机制及作用路径。西格尔认同："需从小规模双盲试验开始"，他强调，"否则就是在用人做实验"。
实验持续进行中，人们对微生物的认知正在转变。从视其为需清除的害虫，到逐渐认可适度微生物暴露或有益健康。"我们周遭存在无数细菌、真菌、古菌和病毒"，哈特曼总结道，"应当接纳并拥抱它们，以好奇之心探索这一领域"。
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