揭秘P4实验室:大自然魔鬼的“囚室” 病毒研究的“航母”

无论如何,人们应该对现状做出反应,无论是反思自己与大自然的关系,还是在P4实验室里继续与危险的魔鬼打交道。

封面新闻记者 谢燃岸

生物安全等级4

气闭门/消毒喷头

请务必穿密封防护服进入

请输入通行密码

进入前请消毒……

——【美】理查德·普雷斯顿《血疫·埃博拉的故事》

绝大部分的普通人,都不知道P4实验室有多恐怖。

可怕的不是容器本身,而是居住在里面的“囚犯”。

它们是埃博拉病毒、马尔堡病毒、阿根廷出血热病毒、刚果出血热病毒、拉萨热病毒、汉坦病毒、尼帕病毒等等。它们是人命的黑板擦,也是潜伏在大自然深处的魔鬼。

它们极易传播,给人或者动物带来致命性的危险。但人类对它们的认知极其有限:来源未知,传播途径未知,病原体未知,同时缺乏有效的预防和治疗手段。

P4实验室,正是研究这些极高危烈性病原体的地方。

△2015年1月31日,我国首个P4实验室——中国科学院武汉国家生物安全实验室竣工。(图片来源:@央视新闻)

事实上,它应该叫生物安全四级实验室(Bio-Safety Level 4 Lab)。国际上一般把生物安全实验室分为四个等级,四级对生物安全隔离的要求最高,也被称为最高安全级别的生物防护实验室,研究者称为BSL-4实验室,也叫P4实验室。

这里,在最大限度免受病原体感染的保护措施下,优秀的“猎手”们能够和那些来无影去无踪的“魔鬼”打交道,以期为它们所带来的烈性传染病找到有效的控制和治疗方法。

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走近P4实验室

在美国作家理查德·普雷斯顿的纪实著作《血疫:埃博拉的故事》中,描写了美陆军传染病医学研究所(USAMRIID)的生物安全实验室。

△理查德·普雷斯顿著《血疫:埃博拉的故事》

“4级区域的气密室是个灰色区域,两个世界在这里相交,高危地带接触到了平常世界。”“气密室完全由不锈钢打造,有一排喷洒清水和消毒药剂的喷头。”“打开气密室另一侧的门,走进高危区域。”“高危区域仿佛迷宫。墙上挂着黄色通气管。天花板上悬着频闪警示灯,通气系统失灵时会立刻提示。墙上刷着厚厚的环氧树脂涂料,所有插座的边缘都用凝胶物质封死。这是为了消除所有缝隙和孔洞,以防高危病原体穿过空心电缆逃逸出去。”

这是一个看着就冰冷的可怕区域,仅凭人类直觉都能察觉到危险。

在这里,物理防护的第一道防线通过生物安全柜、各种密闭容器等消除或减少实验操作人员暴露于病原微生物,第二道防线则是通过负压隔离过滤技术、消毒设备等实现实验室与外部环境之间的隔离。因为囚禁于此的病毒一旦逃离,将会给周围的人类以及社会带来毁灭性的灾难。

操作者们的装备,包括正压防护服、隔离衣、连体衣、塑料围裙、防护鞋、安全镜、护目镜、防护面罩、正压防护头罩、防护手套、防护帽。进入前,他们需要经过专业的医学检查、安全检查和全身消毒等程序,还需要接种相应的疫苗,但实际上,大部分的4级生物安全病原体无法提供疫苗。

△2019年美剧《血疫》剧照中的生物安全四级实验室

美国部分政府和科研机构还要求相关人员具备在P3实验室的工作经验,掌握的主要实验技能包括动物处理如采集血液样本、供试样本与疫苗剂量管理、麻醉与安乐死试剂管理、口腔进食与简单尸检等等,复杂、精深、广泛。

但这是必要的,烈性病毒如埃博拉,在人体内肆虐的时候,人体像是被围困的城市,城门大开,敌军拥入,一切都被放火焚烧。“埃博拉十天内就能完成艾滋病要花十年才能做到的事情。”对付这些最危险的“犯人”,人们必须做好万无一失的准备。

让人忧虑的是,如此恐怖的“犯人”不仅没有减少或消失,甚至在增加或变异后,以更加隐秘的形式出现,危险性更强。这种离开了宿主细胞就没有任何生命活动的微小生物仿若有智慧一样,聪明又狡猾。比如,死神埃博拉就曾卷土重来过多次,暴风骤雨般带走数万人的生命后,又隐匿在丛林深处,人们至今不知它又会在何时何地到来。

根据WHO(世界卫生组织)公布的数据,20世纪70年代以来,新型传染病即以每年新增一种或多种的速度被发现,至今已达40多种。尽管不是所有的传染性病原体都需要P4实验室,但其中的埃博拉病毒、马尔堡病毒、拉沙热病毒等急性病毒性出血热以及天花病毒等高危险度生物病原体的相关研究,必须在P4实验室展开。

△拉沙热病毒(图片来自网络)

如今,全球化、人口增长、气候变化等社会和自然因素都在不同程度上诱发新发及突发传染病不断出现,全球公共卫生环境面临的威胁和挑战愈加严峻。有病毒研究领域“航空母舰”之称的P4实验室,成了人类社会对抗自然界魔鬼的必要堡垒。

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P4实验室的产生、演化与发展

P4实验室的诞生是和战争联系在一起的,从建造开始,就有为战争服务的准备。毫无疑问,它们是国家生物安全核心的基础设施之一。在防控新发和烈性传染病、防范生物恐怖袭击、防御生物武器攻击等方面都有重要作用。

西方国家生物安全实验室的成立,多始于二战或冷战时期。20世纪早期,美国和英国分别建立了生物安全四级实验室,其后前苏联、澳大利亚、南非、日本、加拿大、法国、德国、意大利、瑞典等国家和地区先后也建设了。我国的P4实验室,中科院武汉国家生物安全实验室,也于2015年1月31日正式建成。

△2015年1月31日,我国首个P4实验室——中国科学院武汉国家生物安全实验室竣工。(图片来源:@央视新闻)

据不完全统计,全球已知有22个国家和地区的60个机构拥有生物安全四级实验室,主要建设在西方发达国家。但需要引起我们注意的是,由于生物安全四级实验室相关内容涉及国家生物安全核心机密,有一些国家未公开数据,所以可能全球已有数量大于公布数量。

高等级的生物实验室,除了生物安全四级实验室,还包括三级实验室。分离2019新型冠状病毒(2019-nCoV)毒株,在生物安全三级实验室即可完成,后者研究的病原体高危程度要低于第四级。

我国第一个现代意义上的生物安全三级实验室出现在20世纪80年代,当时为了研究流行性出血热病毒的传播机制,修建了第一个生物安全三级实验室。2003年爆发的 SARS 疫情,是我国高等级生物安全实验室发展的一个分水岭。SARS爆发后,我国发布了国家生物安全实验室建设体系规划。截至2013年8月31日,我国共有42家三级实验室通过认可,覆盖全国的生物安全实验室体系初步形成。

△图片来自网络

依托这些生物安全实验室,猎手们与SARS、H5N1禽流感、甲型H1N1流感、H7N9型禽流感、埃博拉等新发传染病的病原体打交道,寻找它们的发生、重组、播散、损伤机制,预防和控制传染病,极大提高了国家应对突发公共卫生事件和生物防范的能力。

但也有不少研究者提出,应该加大对我国高等级生物安全实验室体系建设和管理方面的提升。目前生物安全四级实验室极少,而且用于科研的实验室多,应急反应的实验室较少,应该完善实验室建设布局。在经费投入和运行机制方面,尚未形成长期稳定的建设投入、运行机制和共享合作机制。在管理和支撑体系建设方面,我国生物安全立法整体法规级别相对较低,立法体系尚不健全,高等级生物安全实验室的法律法规和标准体系也亟需进一步完善。

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超速发展与安全隐忧

全球的P4实验室建设正呈现超速发展的趋势。

这与全球化时代的烈性传染病危险有关,也与国家生物安全战略有关。

比如美国,在2001年的“9.11”事件及其后发生的炭疽邮件事件后,开始扩建高等级生物安全实验室。欧洲的高等级生物安全实验室数量也呈现出快速增加的形势。

虽然目前已基本形成了配套的生物安全实验室技术和产品,并制定了一系列安全指南或技术标准,但全球生物技术的飞速发展以及高等级生物安全实验室的快速扩张,也可能会带来日益加剧的安全性问题。

事实上,关于实验室的安全事故从未停止过。比如,1967年德国马尔堡病毒实验室感染事件,共造成三个实验室的37人感染,其中 1/4患者死亡,原因是使用来自乌干达的猴子用于脊髓灰质炎疫苗研究。

即便进入21世纪,实验室的安全事故还时有发生。2009年3月,德国汉堡Bernhard Nochty热带医学研究所一名45岁女科学家,因被带有埃博拉病毒的注射器针头刺伤手指而被怀疑感染埃博拉病毒,同年9月,美国芝加哥大学医学中心一名研究鼠疫杆菌的科学家因感染鼠疫死亡。

△埃博拉病毒,图片来源:百度百科

2014年7月,美国疾病控制和预防中心发表声明说,其工作人员在美国食品和药物管理局的一个实验室里,发现了存有天花病毒的玻璃瓶,这些天花病毒样本看上去可追溯至上世纪50年代。尽管声明中说,这些病毒被发现后立即保存起来,没有证据显示这些玻璃瓶曾被打开过,也没有实验室人员或公众有被感染的风险。但人们难免心有余悸,这毕竟是人类史上最恐怖的杀手之一,一旦泄露,后果不堪设想。

目前,实验室生物安全也逐渐成为全球热点问题,国际社会呼吁迫切需要建立有效的实验室生物安全监管机制,防止生物安全事故的再发生。我国最新出台的《关于加强新冠病毒高等级病毒微生物实验室生物安全管理的指导意见》,也提出要加强对实验室,特别是对病毒的管理,确保生物安全。

事实上,人类建立的最高防护级别的生物安全实验室所出现的一些问题,也从侧面反应了烈性病毒的危险程度。

人们试图去反思大自然恶魔的频繁肆虐是否与人类活动对大自然的过度侵犯有关。“从一定意义上说,地球正在启动对人类的免疫反应。它开始对人类这种寄生生物做出反应,人类的泛滥仿佛感染。”“也许生物圈并不‘喜欢’容纳五十亿人类,大自然有自我平衡的手段。”普雷斯顿这样写。

但无论如何,人们应该对现状做出反应,无论是反思自己与大自然的关系,还是在P4实验室里继续与危险的魔鬼打交道。

毕竟,因为了解,才有可能战胜。

参考文献

【1】理查德·普雷斯顿【美】,2016,《血疫·埃博拉的故事》 上海:上海译文出版社

【2】章欣,2016,《生物安全4级实验室建设关键问题及发展策略研究》 博士学位论文

【3】高福,魏强,2017,《中国实验室生物安全能力发展报告——管理能力调查与分析》 北京:人民卫生出版社

【4】马丽丽,陈晓晖,吴跃伟,陈逗逗,刘欢,2019,《依托大科学设施的生物安全国家实验室建设经验与启示》,《科学进步与对策》,第2期

【5】孙琳,杨春华,2017,《美国近年生物恐怖袭击和生物实验室事故及其政策影响》 《军事科学》,第11期

【6】杨旭,梁慧刚,沈毅,徐萍,袁志明,2016,《关于加强我国高等级生物安全实验室体系规划的思考》,《政策与管理研究》,第10期

【7】孙晓冬,王海银,2009,《新发传染病流行现状及防治策略》,《上海预防医学杂志》,第9期