高等級生物安全實驗室與生物安全*

梁慧剛黃 翠馬海霞袁志明** 中國科學(xué)院武漢文獻情報中心 武漢 43007 中國科學(xué)院武漢病毒研究所 武漢 43007

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高等級生物安全實驗室與生物安全*

梁慧剛1黃 翠1馬海霞2袁志明2**
1 中國科學(xué)院武漢文獻情報中心 武漢 430071
2 中國科學(xué)院武漢病毒研究所 武漢 430071

摘要生物安全實驗室是開展生物安全相關(guān)研究的基礎(chǔ)設(shè)施和重要平臺，高等級生物安全實驗室是指生物安全防護等級為三級和四級的實驗室，一般用于開展烈性傳染病相關(guān)研究。文章研究了國內(nèi)外高等級生物安全實驗室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，梳理了高等級生物安全實驗室在傳染病預(yù)防和控制、生物防范和極端微生物研究等方面所發(fā)揮的重要作用，分析了我國高等級生物安全實驗室建設(shè)與管理方面存在的問題，提出了加強建設(shè)力度、完善管理體制、強化運行保障、優(yōu)化人才隊伍等針對性建議。

關(guān)鍵詞高等級，生物安全，實驗室

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.04.010

*武漢市新發(fā)傳染病與生物安全重點實驗室資助項目（201261638501）；國家衛(wèi)生和計劃生育委員會公益性行業(yè)科研專項（201302006）

** 通訊作者

修改稿收到日期：2016年3 月7日

生物安全是國家安全的重要組成部分，一般是指與生物有關(guān)的人為或非人為因素對國家社會、經(jīng)濟、人民健康及生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的危害或潛在風(fēng)險，以及對這些危害或風(fēng)險進行防范、管理的戰(zhàn)略性、綜合性措施[1]。生物安全實驗室是指通過防護屏障和管理措施，能夠避免或控制被操作的有害生物因子危害，達到生物安全要求的生物實驗室，主要用于開展微生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)、動物實驗室以及生物制品等領(lǐng)域的研究。按照防護等級的不同，生物安全實驗室分為 1—4 級；高等級生物安全實驗室包括生物安全防護等級為三級和四級的實驗室。

隨著全球生物安全問題的日益突出，生物安全已受到各國的普遍重視，特別是烈性傳染病所帶來的生物安全問題。由于受到全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境惡化和環(huán)境污染加劇、人員頻繁交往以及其他不明因素的影響，世界范圍內(nèi)新發(fā)傳染病不斷出現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾十年發(fā)現(xiàn)了 30 多種新的烈性病原體，其中超過一半以上是新型病毒，如埃博拉病毒、艾滋病病毒、西尼羅河病毒等；同時一些過去已經(jīng)得到控制的烈性傳染病死灰復(fù)燃，還有一些過去發(fā)現(xiàn)的溫和型病原正以新的傳播方式在不同地區(qū)大范圍流行。國內(nèi)外專家與學(xué)者都普遍認(rèn)識到了生物安全領(lǐng)域所面臨的嚴(yán)峻形勢，開展了越來越多的生物安全相關(guān)研究，包括傳染病的監(jiān)測、預(yù)防、檢測、治療等。傳染性病原體的研究一般都要在生物安全實驗室中進行，尤其是烈性傳染病病原體需要在高等級生物安全實驗室開展研究。因此，系統(tǒng)分析國外生物安全實驗室發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，吸收和借鑒其先進經(jīng)驗，對于加強我國生物安全實驗室建設(shè)和管理，具有十分重要的意義。

1　生物安全實驗室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1.1國外生物安全實驗室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

人們對生物安全問題的認(rèn)識隨著生命科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展而不斷深化，生物安全實驗室也隨之不斷發(fā)展。生物安全實驗室經(jīng)歷了四個時期[2]，即：（1）萌芽期（1826—1949 年），其中標(biāo)志性事件是 1826 年法國醫(yī)生 Laennec 在實驗室接觸感染結(jié)核病，在此時期實驗室獲得性感染得到初步認(rèn)識；（2）形成期（1949—1983年），這個階段的重要事件是 1949 年 Sulkin 和 Pike[3]發(fā)表第一份實驗室相關(guān)感染調(diào)查報告；20 世紀(jì) 50—60 年代，美國率先建立了生物安全實驗室，隨后實驗室分級制度和實驗室操作規(guī)范相繼出臺[4,5]，生物安全實驗室的硬件設(shè)施和軟件保障初步形成；（3）成熟期（1984—2004 年），這一階段發(fā)達國家建成并運行了一批生物安全實驗室，發(fā)展中國家也逐漸開始建設(shè)生物安全實驗室，實驗室分級制度、實驗室操作規(guī)范以及實驗室設(shè)施進一步完善，生物安全實驗室管理體系的系統(tǒng)化和規(guī)范化得到加強；（4）繁榮期（2004 年至今），這一階段的標(biāo)志性事件是 2003 年暴發(fā) SARS 疫情，中國和新加坡等地發(fā)生 3 起 SARS 實驗室感染事件，人們對生物危害的認(rèn)識加深，生物安全實驗室的管理體制發(fā)展得更為嚴(yán)格，保護性措施更加完善。

隨著生物、醫(yī)療、衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，在生物病毒研究、生物技術(shù)開發(fā)、遺傳基因工程、特殊醫(yī)療手術(shù)病房方面，越來越多的生物安全實驗室相繼建立和投入使用。截至 2014 年 12 月，全球已建成和在建的各類生物安全四級（BSL-4）實驗室共有 59 個，其中美國 15 個、英國 9 個，其他發(fā)達國家如法國、德國、加拿大等均建有 2 個或以上。我國周邊國家中，印度有 4 個，日本有 2 個，韓國、俄羅斯各有 1 個 BSL-4 實驗室。中國臺灣地區(qū)目前也已建成 2 個 BSL-4 實驗室。生物安全三級（BSL-3）實驗室的發(fā)展更為迅速，截至 2008 年僅美國就已建成 1 362 個 BSL-3 實驗室。總的來說，近年來，全球高等級生物安全實驗室的發(fā)展有幾大特點：（1）各國都將高等級生物安全實驗室的建設(shè)和發(fā)展作為提升國家生物安全能力的重要手段，開展了系統(tǒng)全面的建設(shè)布局，建立了完善的管理制度。（2）絕大部分的實驗室屬于政府部門和國立研究機構(gòu)，運行經(jīng)費由國家財政經(jīng)費予以保障，同時也有企業(yè)和私營機構(gòu)獨立運行和管理的實驗室。（3）各國都非常重視實驗室之間的分工和合作，強調(diào)實驗室之間資源和信息的共享，建立了以高等級生物安全實驗室為核心的生物安全實驗室體系。（4）實驗室的功能逐步多元化，實現(xiàn)了起初的病原體檢測向病原體檢測、基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)開發(fā)、教育培訓(xùn)等一系列功能的轉(zhuǎn)變，美國還出現(xiàn)了一家專門用于培訓(xùn)的 BSL-4 實驗室。

1.2國內(nèi)生物安全實驗室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

我國生物安全實驗室建設(shè)起步較晚。20 世紀(jì) 80 年代后期，我國建成了首個初步具有 BSL-3 水平的實驗室，配備了相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備，并制定了比較系統(tǒng)的操作規(guī)程[6]。20 世紀(jì) 90 年代，我國引進和自建了一批接近 BSL-3 水平的實驗室。但 20 世紀(jì)我國的生物安全實驗室沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，生物安全實驗室的活動也沒有統(tǒng)一的管理。

2003年 SARS 疫情暴發(fā)前，我國約有 10 個 BSL-3 實驗室，主要分布在生物醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)、醫(yī)院、大學(xué)和企業(yè)[6]。SARS 疫情發(fā)生后，很多機構(gòu)為開展相關(guān)研究，陸續(xù)開始新建、改建或擴建生物安全實驗室。國家對生物安全實驗室的建設(shè)和管理也越來越重視。2004 年，我國發(fā)布了《國家高等級生物安全實驗室建設(shè)規(guī)劃》[7]，明確了 10 年內(nèi)我國高等級生物安全實驗室的建設(shè)任務(wù)。截至2015 年 1 月 31日，我國已建成一個 BSL-4 和一批 BSL-3實驗室，并相繼投入運行，其中包括中科院的 1 個 BSL-4 和 8 個 BSL-3 實驗室。

為保障高等級生物安全實驗室的運行，2004 年，國務(wù)院頒發(fā)《病原微生物實驗室生物安全管理條例》[8]并將其作為生物安全實驗室建設(shè)運行的指導(dǎo)性文件，此后相繼出臺國家標(biāo)準(zhǔn)《實驗室生物安全通用要求》（GB19489-2004）[9]和《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50346）[10]等一系列規(guī)章制度，有力地推動了生物安全實驗室的建設(shè)和管理，為微生物研究、傳染病疾病監(jiān)測、進出口動植物疫病監(jiān)測和醫(yī)學(xué)研究提供了重要支撐。

2　高等級生物安全實驗室的作用及功能

2.1傳染病預(yù)防和控制

目前，傳染病仍然是全球衛(wèi)生和安全的重大威脅之一，尤其是烈性傳染病對人類健康和社會經(jīng)濟的威脅巨大。2014 年西非國家暴發(fā)的埃博拉疫情給人類的生命安全及全球經(jīng)濟造成了極大的威脅，雖然目前疫情已得到控制，但仍有重新暴發(fā)的可能。諸如此類的烈性傳染病通常有危害大、疫情擴散快、難以控制等特點，因此針對這類傳染性病原體的研究通常需要在安全防范措施較為完善、安全性較高的生物實驗室開展。世界衛(wèi)生組織（WHO）在總結(jié)西非暴發(fā)埃博拉病毒后，提出包括埃博拉病毒、馬爾堡病毒、克里米亞剛果出血熱病毒（在我國即為新疆出血熱病毒，XHFV）以及中東呼吸綜合癥（MERS）病毒等在內(nèi)的 10 種烈性病原體名單，這些病毒的診斷及預(yù)防研究必須在 BSL-4 實驗室內(nèi)開展，才能滿足生物安全管理規(guī)定的要求[11]。各類烈性傳染病的預(yù)防和控制需要研發(fā)有效的診斷檢測、疫苗藥物治療等方法，但目前很多傳染病尚未研究出證實有效的治療方法，例如長期威脅人類健康的艾滋病和 2014 年暴發(fā)的埃博拉。而這些相關(guān)研究都需要在高等級生物安全實驗室中進行。

2.2生物防范

當(dāng)前世界的安全形勢面臨諸多問題的挑戰(zhàn)，“恐怖主義、環(huán)境災(zāi)難、氣候變化、嚴(yán)重疫病、跨國犯罪、海盜等問題日益突出”，亞太地區(qū)“恐怖主義、分裂主義、極端主義勢力猖獗，重大自然災(zāi)害等非傳統(tǒng)安全問題頻發(fā)”。極端分子（包括恐怖組織）可能使用各種手段，包括有害生物制劑，對全球生物安全甚至國家安全造成威脅。這種威脅，無論是實際發(fā)生，還是潛在可能，都在不同程度上對各國的國防安全造成威脅。

從長遠來看，國防安全在生物安全方面應(yīng)該達到預(yù)警、處置充分的抗襲擊能力，適當(dāng)?shù)耐亓Γ约坝行У膽?yīng)對能力。因此，國防安全對于可靠的、實用的、經(jīng)濟的和安全的生物技術(shù)預(yù)警、處置的需求是非常巨大和迫切的。開展生物恐怖制劑、新型有害生物制劑的監(jiān)測、控制和消除研究，建立相應(yīng)的藥物、補給品和新型疫苗儲備，發(fā)展生物背景消除設(shè)備和制劑以及可靠軍民兩用生物防護裝備，將是維護社會穩(wěn)定和保障國防安全的需要。與這些相關(guān)的很多研究都需要在高等級生物安全實驗室中進行。

2.3極端微生物研究

隨著全球氣候變化，凍土環(huán)境出現(xiàn)降水增加、日照增多等諸多變化，季節(jié)凍土層也因溫度升高而變薄，呈現(xiàn)凍結(jié)時間縮短等凍土退縮的趨勢。同時，隨著人類對原油等資源的開發(fā)，極地、高原等地區(qū)社會、經(jīng)濟活動范圍不斷擴展，導(dǎo)致深層土壤過多挖掘，表層土壤逐漸暴露。值得注意的是，全球極地永凍地區(qū)及高原冰川不斷退縮，高寒極地和凍土快速演變，一些被凍土封存的病毒和病菌悄然釋放。例如，近年相繼發(fā)現(xiàn)了14 萬年前的番茄病毒，7 000 年前的石藻病毒等。這引起了人們對凍土和極地環(huán)境中病毒種群生態(tài)的極大關(guān)注。這類原本被凍存病毒的重新出現(xiàn)，是對人類生存環(huán)境的極大威脅。另外，還在近中性、低氧或厭氧等低溫環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了天花病毒、流感病毒等高致病性病毒的蹤跡，從西伯利亞 3萬年前永凍土樣品中分離到新型的巨型 DNA 活病毒。這類病毒的重現(xiàn)，對全球人類健康都產(chǎn)生了潛在的巨大威脅。面對全球氣候變暖、大氣環(huán)流變化、生物遷徙規(guī)律紊亂、人類活動范圍的擴大等導(dǎo)致頻繁發(fā)生的病毒生態(tài)圈深刻變化，要及時啟動低溫極端環(huán)境中病毒譜系調(diào)查及潛在的致病性風(fēng)險評估，以確定有多少新、舊病毒可能會重返并擴散到人類生態(tài)圈，確定其中有多少病毒會威脅人類的生存環(huán)境和人體健康。由于對這類的生物危害因子的特性及可能造成的危害尚不清楚，因此需要在嚴(yán)格的防護條件下開展其生物學(xué)特性、風(fēng)險評估和相關(guān)的控制和應(yīng)用技術(shù)研究。

3　我國高等級生物安全實驗室建設(shè)與管理方面存在的問題和建議

我國在高等級生物安全實驗室建設(shè)和管理方面取得了顯著的成績，在烈性傳染病的預(yù)防和控制及生物防范中發(fā)揮了重要的作用，但同時也存在一些問題，主要表現(xiàn)在：（1）以生物安全四級實驗室為核心的生物安全實驗室體系還不夠完善，各地區(qū)實驗室布局不均衡，無法系統(tǒng)開展針對烈性傳染病病原體的保藏和研究工作。（2）生物安全實驗室建設(shè)、管理和運行等方面的法規(guī)和制度不夠完善，實施力度不夠，并且實驗室之間缺少有效的溝通和協(xié)調(diào)機制。（3）部分生物安全實驗室由于缺少運行經(jīng)費而導(dǎo)致利用率很低，甚至停用[12]，實驗室運行未得到有效保障。（4）缺少復(fù)合型生物安全人才、專門的生物安全管理人員和硬件設(shè)施維護管理人員，實驗室操作人員缺少生物安全相關(guān)專業(yè)知識和操作技能培訓(xùn)，生物安全意識薄弱。

針對以上問題，筆者從四個方面提出高等級生物安全實驗室建設(shè)和管理的建議：（1）統(tǒng)籌部署各類實驗設(shè)施的建設(shè)，完善區(qū)域分布，平衡各類設(shè)施在全國各地區(qū)的分布，加大資助力度，促進已有實驗室的擴建和改建以及新實驗室的建設(shè)，健全我國從基礎(chǔ)研究到醫(yī)療救治和安全保障的整個系統(tǒng)，建立健全生物安全實驗室體系。（2）借鑒國外先進經(jīng)驗，修訂相應(yīng)的法律法規(guī)及規(guī)章制度等，建立嚴(yán)格管理制度和協(xié)調(diào)機制，加強實驗室之間的交流溝通和信息共享機制，形成國家烈性傳染病預(yù)防和控制、傳染和免疫研究實驗室網(wǎng)絡(luò)。（3）加大高等級生物安全實驗室運行經(jīng)費的投入，優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)資源效益的最大化，同時，對實驗室運行經(jīng)費實行嚴(yán)格管理，不同方面的運行經(jīng)費分別設(shè)定配套經(jīng)費，實行專款專用。（4）采取引進、引導(dǎo)和培養(yǎng)等方式建立和優(yōu)化我國生物安全實驗室研究人才隊伍，加強高等級生物安全實驗室在職人員的生物安全培訓(xùn)，總體提升工作人員的安全意識及操作技能。

參考文獻

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11 WHO. An R&D blueprint for action to prevent epidemics. [2015-12-10]. http://www.who.int/csr/research-and-development/r_d_ blueprint_brochure2015.pdf.

12 劉曉宇, 李思思, 榮蓉, 等. 全國生物安全三級實驗室建設(shè)與管理現(xiàn)況調(diào)查及分析. 疾病監(jiān)測, 2014, 5 (29): 415-419.

梁慧剛 中科院武漢文獻情報中心情報研究部副主任，副研究員。主要從事生物安全情報研究工作。E-mail: lianghg@ mail.whlib.ac.cn

Liang Huigang Associate Professor, deputy director of the Information Research Department of Wuhan Library, Chinese Academy of Sciences. At present, he is mainly engaged in biosafety information research. E-mail: lianghg@mail.whlib.ac.cn

袁志明 男，中科院武漢國家生物安全實驗室主任，研究員，長期從事微生物基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，主持國家傳染病專項、衛(wèi)生部行業(yè)基金專項、科技部科技基礎(chǔ)專項等多項重大科技項目。E-mail: yzm@wh.iov.cn

Yuan Zhiming Male, professor, director of Wuhan National Biosafety Laboratory of Chinese Academy of Sciences, has long been engaging in microbial basic and applied research, and acting as a Principal Investigator of a number of National Major Scientific and Technological Projects, such as the National Key Program for Infectious Disease of China, Science and Technology Basic Work Program from the Ministry of Science and Technology of China. E-mail: yzm@wh.iov.cn

High-level Biosafety Laboratory and Biosafety

Liang Huigang1Huang Cui1Ma Haixia2Yuan Zhiming2
（1 Wuhan Library, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2 Wuhan Institute of Virology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China）

AbstractBiosafety laboratory is an important infrastructure and platform carrying out the research related to biosafety. Fulminating infectious diseases are researched in high-level biosafety laboratories, including biosafety level 3 and level 4 laboratories. In this paper, the development history and current situation of domestic and foreign high-level biosafety laboratories was studied, the important role of high-level biosafety laboratories in disease prevention and control, biological defense, extremophiles research, and other aspects was summarized, and the problems existing in high-level biosafety laboratory construction and management were analyzed. Finally, the specific recommendations were proposed to strengthen the construction, improve the management system, reinforce the security operation, and optimize the talent team.

Keywordshigh-level, biosafety, laboratories