國家級病原微生物菌(毒)種保藏中心的建設初探

劉梅軒,林凱麗,張麗芳,佟 巍,高 虹

(中國醫學科學院醫學實驗動物研究所,北京協和醫學院比較醫學中心,北京 100021)

隨著21 世紀生物技術的迅猛發展,在市場需求和國際競爭的拉動下,一場以發展生物產業、搶占生物資源制高點,確保國家安全為內容的生物科技和產業革命正在世界范圍內形成,以現代生物技術為基礎的病原微生物資源保護及利用必將成為未來全球生物資源競爭的戰略重點[1]。 發達國家的菌(毒)種保藏工作起步較早,如美國、英國、澳大利亞、日本等國家在20 世紀初期相繼成立了一批專業的微生物保藏機構[2],并逐步形成了標準化的保藏體系,憑借悠久的歷史地位、優越的資源以及信息化的管理,時至今日在國際上仍占據著微生物資源收藏和研究的核心地位。 國內現存的保藏機構建設可追溯至上世紀80 年代,但多數基礎條件較差,缺乏統一的規劃和穩定的經費保障[3],導致各機構組織松散,標準化程度低,硬件條件和管理水平參差不齊,存在一定的實驗室生物安全隱患[4],無法滿足當前形勢需求。 因此,加強我國規范化、信息化的病原微生物菌(毒)種保藏體系建設迫在眉睫。

2013 年,國家衛生計生委發布《國家衛生和計劃生育委員會關于印發人間傳染的病原微生物菌毒種保藏機構規劃(2013-2018 年) 的通知》,根據疾病控制、科研、教學和生產的需要,規劃了6 家國家級病原微生物菌(毒) 種保藏中心。 中國醫學科學院病原微生物菌(毒)種保藏中心是其中之一,該中心依托中國醫學科學院,下設四家分中心,包括藥用微生物相關菌(毒)種保藏分中心,醫學真菌保藏分中心,實驗動物及人獸共患病相關菌(毒)種保藏分中心及醫學病原微生物菌(毒)種保藏分中心。中國醫學院科學院醫學實驗動物研究所(以下稱動研所)作為實驗動物及人獸共患病相關菌(毒)種保藏分中心(以下稱分中心)的保藏單位,結合自身特點,發揮專業能力,迅速啟動保藏機構建設項目,并于2018 年7 月通過國家衛健委的現場評估認證,獲得了《人間傳染的病原微生物菌(毒)種保藏機構證書》。

1 建設規劃

在建設之初,保藏機構為保證建設實施工作有條不紊進行,對保藏樣本、硬件設施、人員隊伍、管理制度等關鍵要素進行了統籌規劃和嚴密部署。依據《病原微生物實驗室生物安全管理條例》(國務院令第424 號)[5]、《衛生部關于印發《人間傳染的病原微生物名錄》 的通知》 ( 衛科教發[ 2006] 15號)[6]以及《動物病原微生物分類名錄》(農業部令第53 號)[7],結合動研所的業務特點以及現有的實驗室生物安全體系,分中心將保藏范圍劃定為人獸共患病相關菌(毒)種和實驗動物相關菌(毒)種,其中人獸共患病相關菌(毒) 種主要以二類病原微生物為主、實驗動物相關菌(毒) 種主要以三類、四類病原微生物為主。 根據工作需要確定樣本庫容量,依據《人間傳染的病原微生物菌(毒)種保藏機構設置技術規范》(WS 315-2010)[8](以下簡稱《技術規范》)建立原始庫、主種子庫、工作庫,其中原始庫和主種子庫采用液氮罐儲存并設置備份,工作庫采用超低溫冰箱儲存。

合理的功能分區規劃及完善的設施設備是實現菌(毒) 種妥善保藏的先決條件。 保藏機構應按照《技術規范》要求,根據所保藏病原種類以及現有的設施基礎,加大基礎設施建設的經費投入,整合資源、挖掘潛質,完成功能區布局。 分中心將現有動物生物安全三級實驗室(ABSL-3) 和2 個動物生物安全二級實驗室(ABSL-2) 劃為分中心實驗工作區,可進行病毒、細菌及真菌操作,設施優良、設備齊全,滿足保藏工作需要并符合國家有關質量認證要求。 該ABSL-3 實驗室于2007 年獲得 “高致病性病原微生物實驗室資格證書” 且通過中國合格評定國家認可委員會(CNAS) 的認可。 此外,動研所對原有冷庫進行升級改造并將其劃為分中心保藏區,配備相應低溫保藏設備及安保設施,在保證樣本安全儲存的基礎上為工作人員提供有效防護。

菌(毒) 種保藏是一項長期的、不可間斷的任務,從事微生物資源收集、保藏、鑒定、整理等工作需要科技人員的持續投入與參與,科技人員的變動、流失對微生物資源保藏工作影響極大[9]。 因此,建立一支符合要求、數量充足、結構合理、素質過硬的人員隊伍是保障保藏機構可持續發展的必要條件。 分中心在建設初期梳理了人員架構和職能分配,對關鍵崗位人員進行了任命及授權,明確人員上崗及培訓要求。 另外,為保證保藏工作凡事有人負責、凡事有章可循、凡事有據可查、凡事有人監督,保藏機構必須依照《人間傳染的病原微生物菌(毒) 種保藏機構管理辦法》 ( 衛生部令第68號)[10]中對保藏機構職責和活動的規定,以及《 技術規范》中對管理制度的要求,建立完善的體系文件,對保藏機構進行科學管理。 體系文件中主要包括管理通用性文件和風險評估及標準操作程序文件,分別由分中心管理人員與技術人員進行編寫。

2 建設實施

2.1 硬件設施建設

分中心硬件設施建設的重點在于保藏區的升級改造,通過對動研所內低溫儲存設備的統一調配,現將一臺3 m3液氮儲罐、6 臺中型液氮罐、3 臺超低溫冰箱及1 臺醫用冷藏箱設置于保藏區內,供菌(毒)種樣本保藏使用。 以上儲存設備采用以保藏分中心局域網為基礎的智能化冷鏈管理。 液氮系統通過液氮罐內液位傳感器與電磁閥聯動實現自動灌注,保證液氮不間斷供應,確保樣本安全。部分液相液氮罐被改造為氣相液氮罐,既能保障了樣本儲存的低溫環境,又可避免凍存管出罐爆裂、罐內交叉污染等風險的發生。 所有低溫儲存設備的運行狀態,包括溫度、液位以及設備異常報警信息實時記錄在Cryomemo 遠程監控系統中,并集中顯示于保藏輔助工作區、辦公區及監控室的終端顯示屏上,實現全時、多屏的狀態監測。

保藏機構的硬件建設不僅要滿足樣本妥善保存的要求,還應兼顧保藏區的安保系統。 鑒于病原微生物的致病性、傳染性等特點,保藏區一旦發生盜竊或泄露事件會引起極大的社會恐慌,甚至可能會引發疫情,危機人民健康安全,因此必須加強菌(毒)種保藏機構的綜合防護,最大限度的降低意外風險。 分中心通過門鎖、門禁、紅外報警、全覆蓋的攝像系統以及安保人員定時巡邏,結合人防、技防、物防等多重安全保障措施,實現分中心的立體全方位防控。 保藏區設置有七氟丙烷氣體滅火裝置,七氟丙烷是一種無色、無味、無殘留物、不污染被保護對象、不損壞精密設備的潔凈氣體滅火劑。 一旦發生火災,氣體滅火裝置可在人員撤離后立即釋放七氟丙烷氣體,瞬間切斷燃燒鏈,撲滅火災,保護保藏設備及樣本安全。 同時,為防止液氮泄露導致人員窒息,保藏區設置氧氣監測儀聯動機械通風設備,當室內氧氣含量低于19%時,通風設備自動啟動,同時輔助工作區準備有供氧呼吸頭罩、氧氣瓶等設備供應急使用。

2.2 菌(毒)種樣本庫及數據庫建設

保藏分中心現保藏病原微生物菌(毒) 種的種類涵蓋病毒、細菌及支原體,樣本主要來源為動研所感染性疾病平臺、實驗動物質量保障平臺以及由國內外引進的菌( 毒) 種。 整理、篩選現有樣本進行,按照保藏體系中質量控制要求進行鑒定。 樣本入庫前,樣本管理員對凍存管進行編碼建檔,條碼中包含了分中心代碼、病原種類、入庫日期、批次、管號等信息,作為每個凍存管的唯一識別碼,使其具有可溯源性。 樣本管理員使用低溫標簽打印機(BRADY BBPTM12)打印印有樣本編碼及其對應二維碼的耐低溫標簽,將其粘貼于凍存管管壁及管底后,根據工作需要建立原始庫、主種子庫及工作庫。原始庫和主種子庫的菌(毒)種保存于液氮罐中,工作庫的菌(毒) 種保存于超低溫冰箱中。 保藏分中心實驗人員定期復蘇樣本進行鑒定,通過鑒定的樣本可入庫繼續保存,未通過鑒定的樣本則需進行銷毀,再從上一級庫存中重新擴增建庫。 樣本庫建設流程見圖1。

菌(毒)種數據庫由Bluechiip Stream 軟件進行管理,實時同步樣本庫保藏情況。 樣本實體入庫前,樣本管理員使用低溫標簽讀取器( Bluchiip Matchbox 4.1)掃描凍存管管壁二維碼,在管理軟件中入庫,錄入樣本名稱、編碼、項目組、保藏人、位置等信息,生成保藏條目。 同時打印紙質版樣本入庫記錄,由保藏人及樣本管理員簽字,進行備案。 在Bluechiip Stream 管理軟件中,樣本管理員可方便快捷的對樣本進行檢索、統計等操作,定期打印保藏目錄進行備份。 在實驗技術人員與管理人員的配合下,分中心完成現有樣本的入庫保藏工作,并對其相關的保藏信息進行了錄入與統計,完成了菌(毒)種樣本庫及數據庫的初步建設。

2.3 管理制度建設

保藏中心參考《 實驗室生物安全通用要求》(GB19489-2008)[11]建 立了 一套 適用 于菌( 毒) 種保藏的管理體系文件,包括《 管理手冊》、《 程序文件》、《風險評估和風險控制文件及標準操作程序手冊(SOP)》 以及《記錄表格》 四級文件。 層層細化,落實責任,實現了菌(毒)保藏工作中從人員、樣本、信息、到設備、耗材、廢棄物的全要素覆蓋,從質量控制、信息保密、人員培訓,到安全保衛、后勤保障、應急處理的全方位覆蓋,以及從接收、鑒定、編碼、入庫、保存、到復蘇、發放、運輸、銷毀的全流程覆蓋。 保藏分中心在運行前對規章制度以及所有操作的標準流程進行了反復的修訂,保證對保藏工作環環相扣。 在保藏分中心正式運行后,分中心根據實際工作情況以及最新的政策標準,持續更新規章制度及工作流程,以保證其可行性及時效性,進而推動保藏中心安全有序運轉。

2.4 人員隊伍建設

分中心主要由兩個科研平臺和一個行政科室支撐,分別為感染性疾病平臺、實驗動物質量保障平臺及實驗室管理處。 其中感染性疾病平臺負責人獸共患病相關菌(毒)種的保藏工作,實驗人員的專業背景多為微生物學、免疫學、比較醫學等;實驗動物質量保障平臺負責實驗動物相關菌(毒) 種的保藏工作,實驗人員的專業背景多為微生物學、動物醫學等。 實驗室管理處作為生物安全管理部門,負責分中心日常實驗活動及儀器設備的管理,相關人員具備生物安全管理背景,掌握保藏工作的國家標準、安全及質量方針以及管理體系的各項流程及規定。 分中心組織機構見圖2。

隨著建設的不斷完善,截止目前分中心共有20名從業人員,包括管理人員6 人,實驗技術人員11人及設施維護及檔案管理人員3 人。 其中高級職稱10 人,中級職稱5 人。 通過多次有針對性的崗前培訓,包括體系文件學習、保藏操作技術規范培訓、菌(毒)種運輸管理培訓、保藏區安全使 用培訓等等,不斷加強工作人員的業務水平,保證所有人員持證上崗。 目前的人員配置可滿足保藏分中心的工作需求,根據工作開展情況,動研所將持續吸納專業技術人才。 在人員進行崗前培訓外,分中心將每年定期舉辦培訓,進行繼續教育,并組織管理人員積極參加外部交流及學習,使管理及技術人員的業務能力不斷提高,注重人才培養及人才梯隊建設。

3 討論與展望

保藏分中心的建設是一項復雜且細致的系統性工程,既涉及到實驗室管理部門、生物安全委員會、后勤部門、安全保衛部門對設施建設的規劃及建設,又涉及到分中心不同功能分區的運行管理、設施設備維護、人員素質培訓等等,必須經過科學的統籌規劃、細心安排及綜合管理,才能確保保藏分中心對病原微生物的保藏質量符合標準要求。

從歷史背景來看,我國各保藏機構信息相對獨立,難以進行保藏信息配對及交換[4],這是限制我國保藏工作發展的重要因素之一。 近年來,我國投入了大量資金打造國家科技資源共享服務平臺,在完成國家衛生健康委規劃的國家級保藏中心、專業實驗室以及省級保藏中心指定工作的基礎上,構建了由一個數據信息中心與若干實物中心組成的國家病原微生物保藏中心,形成全國統一數據標準的資源信息平臺——“ 國家病原微生物資源庫”[12]。該平臺已開展了一系列工作,包括搭建資源共享網絡平臺、梳理保藏目錄、建立病原微生物資源數據描述規范、開展重要傳染病病原微生物標準化鑒定關鍵技術研究等,逐步整合多個微生物資源保藏機構 “聯網”,旨在引領國家微生物資源規范管理、安全保藏與高效分享[13],全面提升我國生物資源保護和可持續利用的綜合能力,為我國科技發展與和諧社會創建提供根本保證[1]。

菌(毒)種保藏管理工作是一項十分重要的專業性工作[14],對現有微生物資源進行標準化整理、數字化表達,加大對菌(毒)種資源的收集和保護力度,增加資源的信息量,為社會提供更準確、廣泛的信息,建設功能齊全的共享體系,促進微生物資源和信息的共享,保障微生物資源的安全和國家安全[15],是菌(毒)種保藏機構建設的最終目標。