高等級生物安全實驗室風險分析與發展建議

屈亞錦， 宋曉宇， 李泉霖， 孫洪磊， 韓 軍

（中國農業大學動物醫學院，北京 100193）

0 引 言

高等級生物安全實驗室是開展重大傳染病防治研究，培養重大傳染病研究型優秀人才，保證國家生物安全的重要戰略設施，是擔當人類公共衛生安全命運共同體的重要基地，是國家科技創新體系的重要組成部分，更是國家生物安全能力建設的核心平臺。高等級生物安全實驗室作為大國利器，在防范人與動物重大新發、突發傳染病中起到重要技術支撐和安全保障作用［1-2］。

1 高等級生物安全實驗室概念

高等級生物安全實驗室是生物安全防護水平為三級和四級實驗室的統稱。依據國家標準《實驗室生物安全通用要求》（GB19489—2008）［3］及中華人民共和國衛生行業標準《病原微生物實驗室生物安全通用準則》（WS233—2017）［4］等相關規定：生物安全三級實驗室適用于能夠引起人或動物嚴重發病，甚至致死性疾病的病原微生物或其毒素的研究，該類病原微生物比較容易直接或者間接在人與人、動物與人、動物與動物間傳播，比如SARS-CoV-2，非洲豬瘟病毒等。生物安全四級實驗室適用于通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明、尚無有效疫苗或治療方法的致病微生物或其毒素的研究，該類病原微生物能夠引起人類或者動物非常嚴重疾病，以及我國尚未發現或者已經宣布消滅的病原微生物，比如埃博拉病毒、天花病毒等。

2 高等級生物安全實驗室發展歷史

2.1 國際發展歷史

隨著全世界對于病原微生物的認識不斷深入，研究范圍的逐漸擴大，實驗室感染事件頻發，歐美國家開始關注實驗室生物安全問題。20 世紀60 年代，美國建造了第一個生物安全四級實驗室——美國陸軍傳染病醫學研究所生物安全實驗室，主要從事生物戰劑醫學防護和軍隊傳染病防護的戰略、產品、信息、程序等開發研究［5-6］。隨后英國、蘇聯、日本等國家開始建設生物安全實驗室。隨著世界范圍內高致病性禽流感、嚴重急性呼吸綜合征、埃博拉病毒病、中東呼吸綜合征等新的烈性傳染病和（或）新發突發傳染病不斷出現，尤其是2019 年新冠疫情全球大暴發之后，各國均加大了高致病性病原微生物的研究力度，加速建設高等級生物安全實驗室。目前，世界上已經建成和正在建設的生物安全四級實驗室的機構共有59 個，所屬機構主要為政府機構、科研院所及大學［5］，分布于美國、英國、澳大利亞、瑞士、中國、德國、加拿大、法國、意大利、印度、捷克、日本、俄羅斯、瑞典、匈牙利、西班牙、荷蘭、韓國、新加坡、南非、加蓬、科特迪瓦，其中美國是世界上擁有四級生物安全實驗室數量最多、總面積最大的國家［6］。此外，美國還建有超過1 400 家生物安全三級實驗室，在高等級生物安全實驗室建設領域居于全球領先地位［7］。

為降低高等級生物安全實驗室泄漏風險，提高實驗室管理水平，世界各國均加強立法，在生物安全實驗室建設、運行管理、操作規范等各個方面制定安全標準、守則及操作指南等，對高等級生物安全實驗室實施規范化管理。據不完全統計，美國、英國、加拿大、德國、印度、日本、俄羅斯等國家共出臺了60 多部與生物安全實驗室管理領域相關的政策制度文件，特別是美國建立了由多部門共同監管的體制，形成了健全的實驗室生物安全法治體系，并將實驗室生物安全上升到國家公共衛生安全的高度［8］。

2.2 國內發展歷史

1987 年軍科院建造了我國第一個生物安全三級實驗室，用于研究流行性出血熱。20 世紀90 年代末期，我國開始從國外引進生物安全三級實驗室建設技術，建造了一批生物安全三級實驗室以進行艾滋病方面的研究［9-10］。2003 年SARS 疫情發生后，我國新建一批生物安全三級實驗室用于開展SARS 病原研究。近年來，隨著國家對高等級生物安全實驗室建設投入力度增加，我國高等級生物安全實驗室建設得到了迅速發展。2016 年11 月，國家發展和改革委員會、科技部聯合發布了我國《高級別生物安全實驗室體系建設規劃》（2016—2025）［11］，《規劃》明確了高級別生物安全實驗室體系建設規劃的重要性，提出了我國高等級生物安全實驗室建設的發展目標，列出了高等級實驗室建設的具體的重點任務，包括四級實驗室的建設規劃和三級實驗室的監管、運行要求。截至2020 年10月，我國通過科技部建設審查的生物安全三級實驗室共有81 家，主要分布于疾控系統、科研機構或高校，正式運行的生物安全四級生物安全實驗室有3 家，分別為中國科學院武漢國家生物安全實驗室，中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所國家動物疫病防控生物安全四級實驗室［12］和中國醫學科學院醫學生物學研究所國家昆明高等級生物安全靈長類動物實驗中心。

自2003 年以來，我國加強了對病原微生物實驗室的規范化建設和法制化管理。2004 年，我國第一部關于實驗室生物安全的國家標準《實驗室生物安全通用要求》（GB19489—2004）頒布實施［13］。隨著國標、行標、規劃、條例陸續修編或實施，生物安全實驗室的建設和管理體系也逐步完善。2019 年新冠肺炎疫情發生后，生物安全實驗室再次成為全球的焦點。2021 年4 月15 日，我國正式頒布實施《中華人民共和國生物安全法》［14］，不僅從宏觀上明確了生物安全在國家安全體系中的重要地位，而且在微觀上為生物安全實驗室的管理提供了全面的法律支撐。

3 高等級生物安全實驗室風險分析

3.1 主要風險點

3.1.1 實驗人員意外感染風險

實驗人員在實驗過程中由于操作不慎或未按照標準操作規程進行或個人防護意識淡薄等原因，被針頭、手術刀或碎玻璃刺傷等意外事故引發感染［15-19］。在進行動物實驗操作的過程中，出現實驗動物逃逸［20］，實驗操作人員被實驗動物抓傷、咬傷以及接觸實驗動物的排泄物、分泌物或體液等，都有造成意外感染的風險［21］。

3.1.2 安全防護設施設備故障風險

高等級生物安全實驗室中設施設備風險通常由于人為因素、管理問題或意外情況發生。如果實驗室運行管理過程中對生物安全柜、送排風系統、動物飼養裝置、壓力蒸汽滅菌器、污水處理系統等關鍵防護設備性能的檢測不嚴格，未能及時發現故障，可能造成病原外泄，危及實驗室工作人員和周邊公眾安全，造成嚴重的影響［22-23］。

3.1.3 病原體使用、儲存、運輸過程中泄漏風險

在處理實驗室廢氣、廢水、固體廢物的過程中受各種因素的影響導致處理結果不符合滅菌標準或者在處理過程中發生感染，例如過濾器安裝不正確、高溫高壓滅活不徹底、高效過濾器濾膜受損等，都會對周圍環境和工作人員產生潛在風險。出現火災、水災、地震等自然災害時，實驗室保存的感染性物質可能存在泄漏風險。工作人員對樣品不熟悉造成誤傳［24-28］，或在樣品的傳遞過程中，防護措施不到位導致病原體泄漏、丟失或遺忘等風險［29-30］。

3.2 可能危害程度

高等級生物安全實驗室生物安全問題是國家安全重要的一部分，不僅涉及實驗室實驗操作人員及工作人員的個人健康，一旦發生事故，很有可能給人或動物帶來危害，給社會帶來恐慌。許多病原微生物在外界環境中具有一定的生存能力，且保持一定的感染能力，尤其是在固體、液體廢物等環境中病原微生物如果處理不當有可能成為傳染病暴發的源頭，對周邊生態環境和經濟活動產生嚴重后果或潛在的風險，影響國家政治、經濟安全、人民健康等一系列的問題。

3.3 危害范圍

如果能在事故發生第一時間開展相應的處置措施，病原體泄漏風險在可控范圍內；如意外泄露后未能及時發現處理，造成一定范圍的擴散，甚至造成人員或動物的感染，往往對社會危害影響較大。

4 我國高等級生物安全實驗室發展建議

4.1 加強組織管理

高等級實驗室生物安全管理涉及工程、機械、生物、醫學等多個學科，各管理機構間職能交叉。應加強管理機構間的協調配合，進一步明晰各管理部門在綜合性交叉問題上的職責，形成各司其職、高效銜接配合的工作格局。在部門職責尚未明確界定之前，應成立跨學科、跨部門的專家咨詢與指導組委會，以確保對交叉性實驗室生物安全問題的準確評價。

4.2 加強監管和培訓

我國生物安全實驗室管理的審批流程是以病原微生物危害防控為目標導向，兼顧全過程控制的管理模式，通過各個相關部門的共同努力，國內現已建立了高等級生物安全實驗室認證認可規則和準則，從項目立項、審查、環評、建設、認可、資質批復、監督評審、復評審等一整套的監督管理流程。應定期與不定期地抽調監察員對已通過認證認可的實驗室進行巡檢和監察，加強實驗室硬件的定期檢測，逐步提高軟件的規范化管理，促使實驗室管理人員以及實驗操作人員嚴格按照生物安全相關標準規范管理及操作。

加強實驗操作人員的準入管理，開展有效的崗位培訓，定期培訓實驗人員的操作技能，考核管理人員的業務能力，嚴格執行實驗申請制度。建設模擬實驗室，加強模擬演練，確保實驗操作人員在正式開展實驗前可以達到一定的熟練程度。實驗操作人員必須經過嚴格操作培訓且經考核合格后并在有豐富經驗的實驗操作人員指導下開展相關實驗。同時制定應急預案，定期組織演練，做好風險評估等，盡量減少生物安全事故發生，發生意外后，能夠得到正確處置。

4.3 加大資金投入

由于高等級生物安全實驗室內所進行的高致病性病原微生物的研究多用于基礎科研探索，并不能直接產生經濟效益和商業價值，高等級生物安全實驗室的建設和運行經費基本都來自政府撥款，導致實驗室的經費保障比較有限。因此，國家應進一步加大科研投入力度及部署專用經費予以支持，鼓勵企業以及社會其他資金參與高等級生物安全實驗室的建設，加大對高等級生物安全實驗室的投入，以多渠道、多元化、多層次的方式籌集高等級生物安全實驗室運行所需資金，形成多元化的經費來源體系。

4.4 加強專業化人才隊伍建設

生物安全實驗室的建設和管理是一個交叉領域，國家應加強實驗室生物安全領域科研投入、學科建設及人才培養。設立實驗室生物安全專業，加強相關學科建設發展和本科、研究生階段的專業設置及課程建設，培養既懂工程技術又懂病原微生物的復合型人才，選擇性地在部分院校和科研院所設立生物安全專業，確保生物安全專業人才的穩定輸出。加強重要崗位人員的出國培訓學習以及吸引國外優秀人員回國工作創業，支持引進高等級生物安全實驗室裝備研發與管理相關技術方面的人才。

4.5 加強關鍵防護設施、設備研發

目前，高效過濾器、生物安全柜、動物隔離飼養裝置等關鍵防護設備多為進口產品，應加速關鍵防護設備的國產化，降低關鍵零部件的進口依賴，降低設備設施的維護檢修難度，將設備故障風險降到最低。順應信息智能化發展的需要，提升設備的自動化和數字化水平，完善實驗室信息管理系統，實時監測設備運行狀態及使用年限，從功能技術保障方面實現科學化管理。

4.6 完善高等級生物安全實驗室體系建設規劃

在新冠肺炎疫情中充分暴露出我國現有實驗室在數量上不能滿足應對大規模公共衛生事件的需求。我國高等級生物安全實驗室存在數量少，布局不合理、區域分布不均等問題。應考慮我國地域、環境、經濟發展、行業均衡性等因素，合理布局、由點到面形成全國生物安全實驗室網絡化分布，合理分配資源，充分利用現有高等級生物安全實驗室設施，推動共享機制形成并提高使用效率，形成布局合理、定位明確、分工協作的國家高等級生物安全實驗室體系。

4.7 加快智慧化高等級實驗室建設

傳統的實驗室靈活度低、備災性差、溯源性差、風險響應慢、可操控性低、數據安全性低、管理效率低、運行消耗高。國家發改委、科技部《高等級生物安全實驗室體系建設規劃（2016-2025）》［11］中提出要充分把握新形勢下經濟社會發展的新要求，加快建設合理布局、功能完善、統籌管理、高效運行的國家高級別生物安全實驗室網絡體系。智能化和智慧化，已經成為當今世界不可阻擋的時代潮流。加速建成具有安全性、自主性、系統性、便捷性、溯源性、拓展性、節能性的智慧化高等級生物安全實驗室。

4.8 共享合作機制

我國的高等級生物安全實驗室在衛生、國防、中科院、高校和企業等諸多系統，使生物安全體系既有薄弱環節又有重復布局，導致部門之間、系統之間協同性不強、融合度不高。應大力推動各方資源的共享合作機制，促進生物安全資源的有機整合，提升現有高等級生物安全實驗室戰略作用。

4.9 加強公眾科普

高等級生物安全實驗室的建設是為了更安全的開展病原微生物研究工作，能夠最大限度降低病原污染的風險。有必要加強對公眾的科普，邀請傳染病學領域專家或高等級實驗室工作人員為公眾傳授和普及有關高等級生物安全實驗室的相關知識，降低對高等級實驗室的恐懼感和神秘感，引導公眾了解并正確理解高等級生物安全實驗室建設的意義。

4.10 加強國際合作交流

在人類命運共同體的大環境背景下，迫切需要進行國際合作，增進信息共享。通過加強與國外生物安全實驗室、科研機構、相關企業的國際學術交流與合作，可在政策、實驗室生物安全管理和技術領域等方面相互借鑒、取長補短。對有高等級生物安全實驗室建設和使用等方面需求的國家，根據需求，提供技術、人員或可移動高等級生物安全實驗室，共同做好全球公共衛生治理、維護好人類共同家園，從而更好地實現人類命運共同體和人類衛生健康共同體。

4.11 制定生物安全戰略

依據新冠疫情的全球暴發及流行形勢，為保證我國人民群眾的生命財產安全，預防新發突發高致病性傳染病的威脅以及國外高等級生物安全實驗室存在帶來的潛在風險，我國必須重視生物安全問題，部署相關對策，密切關注國際生物安全領域的動態，收集相關資料，加強邊境及口岸地區防范生物安全威脅意識，做好風險評估，制定并完善應急預案，以免受可能來自其他國家生物安全的威脅。

5 結 語

高等級生物安全實驗室作為公共衛生科學研究和國家生物安全的基本支持平臺，在生物安全防御和響應中發揮著至關重要的作用。我國高等級生物安全實驗室的建設及使用雖然已經進入了新的發展階段，但還存在一定的問題，為促進高等級生物安全實驗室建設平穩健康發展，需要綜合分析，多方面同時推進，加快高等級生物安全實驗室建設，建立高等級生物安全實驗室體系，加強合作與交流，同時加強高等級生物安全實驗室的監管與科普宣傳，繼續推進高等級生物安全實驗室在我國傳染病防控研究和國家生物安全防御體系建設中作出更大的貢獻。