《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Seasonal and Architectural Drivers of Microbial and Potential Pathogen Communities in Dormitories
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宿舍建筑结构及季节变化对微生物群落与病原体分布的影响研究。通过分析深圳大学不同建筑形态宿舍的96份样本，发现开放性建筑（带商铺）微生物多样性更高但病原体风险增加，季节差异显著（湿季多样，干季均匀），环境因素（温湿度、光照）与建筑结构共同调控病原体富集。
叶俊明|哈菲兹·阿迪尔·艾哈迈德|陈正宇|陈德洪|陶一琦|吴江|苏雷|杨波|刘棠
深圳大学化学与环境工程学院，中国深圳市518060
摘要
室内微生物组对居民健康有显著影响，尤其是在像学生宿舍这样人口密集的环境中。这些环境受到建筑设计和季节变化的影响，两者都会影响微生物群落的动态以及潜在病原体的出现。然而，关于建筑特征如何在不同季节影响宿舍中的微生物知之甚少。在这项研究中，我们在深圳收集了96个具有不同建筑特征的宿舍样本，涵盖了干燥季节和湿润季节。16S rRNA测序识别出了14,156个高质量的扩增子序列变异体。一楼设有商业店铺的宿舍由于人类活动更多且外部微生物输入较多，表现出更高的香农多样性和丰富度。相反，封闭性和居住空间的减少与潜在病原体的数量增加相关。非度量多维缩放分析表明，微生物动态受到季节和建筑的共同影响，Procrustes分析显示病原体群落与总微生物群落之间存在强烈一致性。结构方程模型表明，设计因素和季节变化共同调节了潜在病原体的数量。在干燥季节，宿舍的开放度和遮阳设施的长度主要通过光照影响病原体。在湿润季节，开放度和人均居住面积通过影响相对湿度显著影响病原体。零模型和中性模型显示，微生物组装过程主要是随机的，尤其是在病原体中。模块化分析揭示了病原菌内部的更强聚类性，这促进了其持续性和传播。在不同建筑特征之间的病原体变异大于季节之间的变异。总体而言，建筑设计对室内微生物组和潜在健康风险有重要影响，强调了其在制定更健康建筑策略中的作用。
引言
微生物群落是室内环境的组成部分，对居住者的健康有显著影响。有些微生物可能是无害的，而另一些，特别是病原微生物，会对居民构成相当大的健康风险，尤其是在通风不良或卫生条件差的环境中。许多研究强调了室内微生物群的复杂性和变异性，并表明室内微生物组（包括办公楼、教室和住宅空间中的微生物组）受到人类活动和环境条件的共同影响[[1], [2], [3]]。宿舍提供了独特的室内环境，不同背景的人在较长时间内相互靠近，使其成为微生物传播和扩散的潜在热点[4]。人类自身的微生物组也贡献了室内环境的微生物组成，因为居住者会脱落毛发和呼吸道飞沫，将多种微生物引入室内环境[5,6]。在宿舍中，室内微生物动态可能还会受到季节波动和建筑特征的进一步影响[7,8]。然而，这些因素在塑造宿舍内微生物群落方面的相互作用，特别是关于病原微生物的流行率和多样性方面，仍研究不足。
宿舍环境中微生物群落的季节性行为，尤其是病原细菌的行为，对于评估公共卫生风险至关重要。尽管一些室内环境中已经探讨了微生物群落的季节性变化[9]，但其在宿舍中的影响尚未得到充分研究。温度（T）和相对湿度（RH）会随季节波动，是影响微生物生长和存活的关键因素。例如，Precha等人（2025年）和Frankel等人（2012年）的研究表明，湿润季节和干燥季节之间的环境变化会导致室内微生物种群的变化，可能导致某些细菌在一年中的某些时期浓度升高[8,10]。宿舍生活通常以拥挤的条件和共用设施为特征，增加了呼吸道病原体（如引起肺炎的病原体）以及胃肠道病原体的密切接触传播的可能性[4,11]。先前的研究还强调了室内环境中多重耐药病原体的存在[9]。
此外，像大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和肠球菌属这样的病原体在宿舍环境中很常见，可能导致包括胃肠炎和脑膜炎在内的疾病[4,12]。病原微生物，包括引起呼吸道感染、胃肠道疾病和其他各种健康问题的细菌，在许多人靠近的地方很容易传播。虽然之前的研究已经探讨了室内环境中的微生物多样性，但很少关注宿舍季节变化对导致不同疾病的病原细菌的多样性和组成的具体影响[8,13]。因此，室内微生物群落，特别是在高密度居住空间如宿舍中，由于其对于生态理解和公共卫生的重要性，值得深入研究。
建筑特征直接影响宿舍环境，并可能在微生物群落结构中发挥重要作用。研究表明，由设计驱动的因素，如相对湿度（RH）、温度（T）和风速（Va），会影响微生物多样性。例如，较高的湿度水平通常会促进霉菌和其他真菌的生长，而温度波动会直接影响某些细菌的存活和活性[8,10]。宿舍的建筑设计，包括建筑的开放性、房间布局和占地面积，通过改变气流模式、光照暴露和微生物扩散的可能性来进一步调节微生物群落[14,15]。尽管之前的研究已经探讨了室内环境中的微生物多样性，但很少关注建筑特征对病原微生物的具体影响。因此，了解微生物群落如何与这些因素相互作用对于评估潜在病原体带来的风险以及设计减少微生物暴露的宿舍至关重要。
本研究旨在通过调查具有不同建筑特征的宿舍在两个季节中的微生物群落动态来填补上述空白。尽管人类居住和行为对室内微生物传播有显著影响，但本研究中的宿舍居民在人口统计学上相似，日常作息时间相当，清洁程序也标准化。这种一致性使我们能够专注于建筑设计和环境条件如何塑造长期的微生物积累模式，而不是短期的行为变化。因此，收集样本是为了研究大学宿舍在干燥季节和湿润季节中总微生物群落和人类病原细菌在组成和结构上的差异。具体来说，我们专注于识别总微生物群落和病原微生物，特别强调它们的多样性、数量和季节性变化。我们的研究不仅限于识别微生物种类；我们还使用结构方程建模（SEM）和冗余分析（RDA）等先进统计技术来评估各种环境因素（如温度、相对湿度、光照和建筑特征）对微生物群落结构和多样性的影响，以探索环境变量与微生物群落组成之间的关系。尽管沉积的灰尘不能直接测量空气中的微生物，但它捕捉到了与建筑设计相关的长期微生物积累情况，为改善宿舍环境中的室内空气质量和学生健康提供了可行的见解[16,17]。这项研究还增加了关于室内微生物组的知识，揭示了建筑环境和季节因素如何相互作用以塑造共享生活空间中的微生物景观。
章节片段
建筑和环境因素分析与样本采集
四种宿舍建筑的标准布局可以分为四种类型：直线型（dormA）、点状型（dormB）、封闭型（dormC）和角型（dormD）（表S1）。有关宿舍的建筑和结构特征的更多细节可以在表S2中找到。在中国广东省深圳市亚热带季风气候区，每个宿舍类型共有12个房间在干燥季节和湿润季节被选为样本采集对象（图S1）。
微生物群落的特殊和季节性模式概述
经过质量控制后，原核16S rDNA测序产生了14,156个高质量的ASVs。季节性注释显示，5,132个ASVs仅存在于雨季，2,501个ASVs仅存在于干燥季节，6,523个ASVs在两个季节都存在（图S2a）。在不同宿舍之间，总ASVs的数量有显著差异，其中dorm-D的独特ASVs数量最多（2,750个），其次是dorm-C（2,449个ASVs），而dorm-A和dorm-B的ASVs数量明显较少（图1a）。这种差异可能是
结论
本研究结合了微生物谱型分析、病原体检测、环境监测和建筑元数据，来描述两个季节期间宿舍微生物组的特点。在炎热潮湿的季节，微生物的丰富度和数量较高，而在凉爽干燥的季节，微生物群落多样性较低且组成更为均匀。所有宿舍中都存在潜在的病原ASVs，但其数量和种类根据季节和建筑设计而有所不同。
作者贡献
叶俊明：进行正式分析、数据可视化、数据管理、撰写——审稿与编辑。
哈菲兹·阿迪尔·艾哈迈德：撰写初稿、概念化、数据可视化、监督、撰写——审稿与编辑。
刘棠：概念化、方法论、撰写——审稿与编辑、资金获取、项目管理、监督。
陈正宇：方法论、撰写——审稿与编辑。
苏雷：方法论、撰写——审稿与编辑。
杨波、吴江、陶一琦、和陈德洪：
数据可用性
作者声明，支持本研究结果的所有其他数据可向相应作者请求获得。
CRediT作者贡献声明
叶俊明：撰写——审稿与编辑、数据可视化、正式分析、数据管理。
哈菲兹·阿迪尔·艾哈迈德：撰写——审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、监督、概念化。
陈正宇：撰写——审稿与编辑。
陈德洪：撰写——审稿与编辑。
陶一琦：撰写——审稿与编辑。
吴江：撰写——审稿与编辑。
苏雷：撰写——审稿与编辑、方法论。
杨波：撰写——审稿与编辑。
刘棠：撰写——审稿与编辑，
