生物安全实验室安全吗？不可能绝对安全

　　2003年，SARS病毒的大规模肆虐就像一场噩梦，让人们心有余悸。2020年爆发的新冠病毒更是肆虐全球，带来了661万人的死亡。而作为病毒研究的核心生物实验室安全吗？会不会成为病菌传播的来源？这一问题有待研究。
　　生物安全实验室（biosafetylaboratory），也称生物安全防护实验室（biosafetycontainmentforlaboratories），是通过防护屏障和管理措施，能够避免或控制被操作的有害生物因子危害，达到生物安全要求的生物实验室和动物实验室。实验室成了病毒污染源之一
　　历史上曾经不止一次出现过实验室泄漏病毒的事故。例如：
　　1956年前苏联的一个实验室中，有9支装有委内瑞拉马脑炎病毒鼠脑的安瓿被打破。事后没能很好地进行处理及采取必要的措施，也未进行彻底消毒，结果在几天内造成24名工作人员感染。
　　1961年在莫斯科的一家研究所实验人员由于疏忽，把从流行性出血热疫区捕捉到一些野鼠带回实验室，在了室内暴露的场所。野鼠身上带有的出血热病毒以气溶胶的形式污染了空气导致实验室工作人员感染流行性出血热。
　　1967年8月，德国马尔堡实验室为研制脊髓灰质炎疫苗研，从乌干达等地进口一批黑长尾猴，这些猴子携带马尔堡病毒，一共包括实验室工人，医务人员和他们的亲戚在内37人感染，其中14的人死亡。马尔堡病毒与埃博拉病毒为同一家族。
　　1979年，前苏联叶卡捷琳堡的一个微生物实验室就发生了炭疽菌泄漏事故，致使当地60公里范围以内的人畜受到感染，350人发病，45人死亡。
　　1998年我国西安的某高校在使用大白鼠进行试验时，有两名学生被大白鼠咬伤，还有一些学生给实验的老鼠放血、解剖。在实验过程中，这些学生均未按照要求戴手套操作，结果在29名实验人员中造成9人感染了流行性出血热。
　　2001年以来在美国境内屡屡制造炭疽的恐慌事件，造成几十人染病，数人死亡，美国白宫和国会先后成为被袭击的目标。现已有证据表明，该事件是来自美国军队的生化实验室。
　　2003年，美国密执安州立大学布氏杆菌病实验室的一起羊布氏杆菌泄露事件，感染了45人，其中1人死亡；美国华盛顿国立卫生研究院的一次Q热实验室感染，导致153人发病，1人死亡。
　　2003年9月，新加坡发现了SARS病例，后经过新加坡和世界卫生组织专家组成的调查团证实，这名患者是在环境卫生研究院实验室内受到感染的。
　　2004年4月，北京和安徽两地几乎同时发现了SARS病例，而其中两人都曾在中国疾病控制中心病毒病防治控制所（以下简称病毒所）形态实验室做过实验。经调查，专家已基本确认他们是在实验室受到感染的。而实验室以外其他的感染者都与这两人中的一个有过直接接触。但目前尚未查清在实验室感染的具体原因，以及在哪个环节出现问题。专家们只能推断，感染的原因可能是实验操作的某个环节造成了病毒污染，却没有被及时发现。
　　2004年，俄罗斯生物研究中心下属的分子生物学研究所研究员普列斯尼亚科娃违反感染针头使用规定，在对感染了埃博拉病毒的豚鼠进行实验时，不小心将实验用的针头扎到自己左手的用针头扎到自己左手的手掌上感染了埃博拉病死亡。俄罗斯矢量病毒学与生物技术国家科学中心收藏有很多危险病毒样本，其中包括天花、埃博拉及非典等病毒样本，是世界上病毒样本收藏最全的科研机构之一。（俄罗斯很多因经费严重不足而缺乏严格的防护措施，研究员存在很多操作违反安全规定的行为。此前，矢量科学中心在1988年发生过一名研究人员感染马堡病毒死亡，1990年一研究人员因感染马堡病毒致残。）
　　2004年12月，台湾地区一名实验人员在实验室接触过SARS病毒后，出现了相关症状。经专家确认，患者的感染源也是实验室。
　　2019年9月16日，保存有天花病毒样本的俄罗斯国家病毒学和生物技术研究中心的P4实验室发生爆炸起火，让全球的生物医学界一时陷入恐慌，要知道，全球已经有超过一半的人没有再接种天花疫苗了。
　　此前，早有专家担心类似SARS病毒卷土重来的一种可能途径是实验室，而一系列的实验室感染事件让人越来越不安，难道实验室真的会成为病毒污染源吗？带着这个疑问，我找到了中国疾病预防控制中心传染病预防控制所的研究员俞东征。实验室分为不同的生物安全等级
　　俞东征告诉我：许多人对微生物实验室有误解，以为进行病毒、细菌实验的地方非常危险，似乎到处都弥漫着有害的微生物。其实，按照实验室操作的规则，在实验室里，只允许这些致病微生物停留在特定的器皿里，决不允许它们出现在实验室的其他地方。例如，当我们打开容器吸出含微生物的液体，把它放到另一个容器里，是不能滴落到桌面上的。在正常操作下，不仅空气里没有致病微生物，任何台面、表面、污水槽、洗手池里，都不能有致病微生物存在。
　　气溶胶不同于我们所熟悉的固、液、气三种状态，而是三者的综合体，液体或固体颗粒在一定条件下，与气体介质结合，形成类似于雾的一种复杂物质状态。
　　除了操作气溶胶、昆虫等需要特殊装备的实验室外，普通的微生物实验室的安全标准分为4个等级。
　　生物安全实验室的分级
　　实验室的主要技术指标
　　生物安全一级实验室的标准最低，只能操作对人类无害的细菌，或者即使有一些微弱的致病作用也能自我痊愈。医学院里那些用于教学的普通微生物实验室大多属于这一类。
　　而凡是医学上认为对人体有害的、致病的微生物，原则上都应该在生物安全2级以上的实验室操作。生物安全二级实验室可以是任何形式的实验室，但在管理上却比1级实验室严格得多。
　　首先，它必须是一个封闭的、独立的建筑，和其他功能的建筑共用一个走廊也不行。不但无关人员不能进入，就是在门前穿行也是绝对不允许的。而有资格进入的人必须经过微生物学和生物安全方面的专业培训，熟练掌握操作技能。
　　其次，在生物安全二级实验室工作，必须穿防护服装。这种防护是双向的，一方面，人身上带有很多细菌和病毒，这些微生物虽然对人自身无害，却可能污染实验操作的对象，造成实验结果错误。
　　〔图为实验人员穿着防护服装在生物安全三级实验室里观察病毒细胞〕
　　所以必须保证实验操作的细菌或病毒确实从操作对象得来，而不是从实验人员自身而来。另一方面，防护服也对人起到保护作用。根据实验对象的致病能力，可以分成很多不同的防护等级，有的防护比较简单，主要是为了防止实验人员污染实验对象，有的更侧重防护自身。
　　另外，按照国际标准，生物安全二级实验室要求配备生物安全柜。生物安全柜处于负压状态，进入的空气多，出来的空气少，降低柜内空气对外部的污染。同时，内部和外部的空气都经过一个过滤器过滤才能出来或进入。对于人体健康危害较大的操作，实验人员通过将手伸进柜中进行操作。实验室不可能绝对安全
　　虽然研究人员已经制定了严格的规章制度，以确保致病微生物不污染任何地方，但仍然可能发生意外。我们不能保证在每一次实验中，玻璃器皿不会打碎，压力管道不会破裂，操作人员不会在实验过程中昏倒这些都有可能发生在生物安全柜以外，都有可能造成实验室环境的污染，而生物安全三级实验室抗意外、抗事故的能力增强了。俞老师说。
　　〔实验人员正在生物安全三级实验室中利用生物安全柜进行实验，通过将手伸进安全柜中进行操作，降低了实验人员的被感染的可能性。〕
　　在生物安全三级实验室里进行实验的微生物对人有高度危险，致死率比较高，但通常还是有治疗方法。对SARS病毒的研究就应该在这样的实验室进行。它与2级实验室的一个根本区别在于整个实验室都处于负压的状态，而不仅仅是生物安全柜处于负压状态。这样万一实验室发生泄漏事故，能够降低对周围环境的污染。当然，整个实验室也装置了过滤器过滤流动的空气。
　　实验室的空气流向也是受到严格控制的，必须从屋顶直线地流向地面，不能向上流动，也不能有紊流（紊乱的空气流动）。这主要是为了保障实验人员自身安全。因为受重力的影响，通常是接近地面的地方最容易发生事故，例如打破的玻璃器皿总是会掉到地上。所以迫使空气从上向下流动，掉到地上的病毒或细菌就不易被人吸入。另外，排出生物安全三级实验室的空气也必须经过过滤。过滤器是根据微生物的性质设定的，它们可以保证即使致病微生物污染了空气，也不会逃逸到实验室以外的地方。所以定期更新过滤器十分必要，如果过滤器出现问题，就会在不知不觉的情况下对外界造成污染。
　　当我要求俞老师带我到生物实验室去看看时，他拒绝了：实验室的安全靠的就是严格的管理。任何与实验无关的人员都不能进入这个实验室。而进入3级以上的实验室，只有列在允许进入人员名单的人才可以进去。就连我本人，虽然从事过多年的鼠疫实验研究，但现在已不在一线做实验，也不在这个名单里，同样不能进去。
　　生物安全四级实验室是最高级别，用于操作那些目前还没有治疗方法，暂时还不了解的，或者致死率特别高的微生物，如几乎致死率100的埃博拉病毒。狂犬病毒，疯牛病病毒的实验也属于这一生物安全级别。
　　4级实验室的最大特点就是把操作的对象和人完全隔开。人要穿上全身防护衣服，皮肤没有任何外暴露。身上还配备有氧气供给装置，呼吸的空气都是从室外泵进来的，与室内完全不发生关系。另一方面，实验的操作对象也被封闭起来，实验的操作都在隔离箱里完成（类似生物安全柜，但隔离更严格）。实验对象一旦被放逃隔离箱就不能离开这个箱子，一直到消毒后才能拿出来。进行实验时，实验人员带着很厚的胶手套，手臂伸进隔离箱操作。
　　〔科研人员在P4实验室进行演练〕
　　2018年，我国首个生物安全四级实验室（BiosafetyLevel4Laboratory）中国科学院武汉国家生物安全实验室（简称武汉P4实验室）正式投入运行。
　　〔P4实验室外景〕
　　武汉P4实验室顺利通过国家卫计委实验室活动资格和实验活动现场评估，完全具备开展高致性病原微生物实验室活动资质。至此，中国首个P4实验室正式投入运行。该实验室将为我国提供一个完整、国际先进的生物安全体系，中国的科研工作者可以在自己的实验室里研究世界上最危险的病原体。如果有意外发生
　　每一个实验室要根据具体的实验，制定一整套安全操作规则，对于一些经常可能发生的意外，都要事先制定出解决方案。例如，实验室培养物滴落是经常发生的事故，在用吸管吸液体时，手不小心一抖，液体就会从吸管里掉下去。如果出现这种情况，实验人员就应该用浸了消毒液的纸张把它覆盖起来，保持一定的时间，把细菌杀死，然后用带着手套的手把纸张收起来，进行高温高压消毒。另外还要把液体曾经滴落的台面用酒精消毒。
　　有些情况就更危险，例如前面提到的有人员可能昏倒，对此生物安全实验室规定，必须两个或两个以上的人同时进入实验室，如果发生一个人昏倒或酒精灯爆破被烧伤等意外，其他人可以进行救助，并及时通知实验室外的人。
　　〔这是外面的小门，从实验室里面往外拿东西也是一样的程序。（张婧供图）〕
　　〔为了保障安全，生物安全三级实验室实行人流、物流分离的制度。人从通过间进入；物，即实验用品从这个小门递进去。而且这个门是双层的，外面的人打开外面的门，把物品放在中间，关上后，里面的人才能打开里面的小门，取出物品。〕
　　万一有人被感染，就由实验室上级部门的生物安全委员会来决定，让哪些人进入隔离室隔离观察，保证不至于传给其他人。
　　其实，针对每一项研究所需操作的实验，研究人员都会在实验之前尽力设想出一切可能发生的意外情况，事先制定好解决方案。重要的是，在事件发生时准确地执行这些措施。守规矩是防护底线
　　俞老师长年从事鼠疫防治研究工作，鼠疫菌可以说是细菌里最危险的一种。我国鼠疫防治研究开始得很早，当时的条件十分简陋，根本没有什么生物安全实验室，靠的就是非常厚重的衣服，长筒靴和用1两棉花缝制的厚口罩。所以，实验操作起来非常困难，夏天从实验室里出来的时候，我的靴子里都能倒出汗水来。俞老师对当年的情景记忆犹新。
　　然而，在半个多世纪中，全国只发生过三起实验室鼠疫菌污染事故。无独有偶，这三起事故都是由于违规操作造成的。其中有两例是因为工作时间太长导致的。鼠疫实验室规定，4个小时必须离开实验室一次，更换防护服装。这是因为防护服装，特别是口罩，起到防护作用的时间是有限的，超过了时限，鼠疫菌就有侵入人体的危险。而这两人在实验室工作的时间都远远超过了时限。
　　另外一例就更严重了，一位实验者想制造一个人工的鼠疫气溶胶环境，病毒或细菌一旦形成了气溶胶就会在空气中分散，很难控制，化学武器常常通过这种状态传播疾病。根据实验室的安全规定，凡是能够形成气溶胶的操作，必须在特种实验室里进行，在普通实验室里做气溶胶实验是被绝对禁止的。这个实验者人工制造这种环境，可能是想看看鼠疫菌气溶胶有什么性质。于是他把一个普通的药品柜用胶布贴了贴，然后用含有鼠疫细菌的喷雾喷进去，结果造成自己被感染。
　　多年从事实验的经验告诉俞东征，严格遵守实验室的规章制度，正确操作，是避免实验室感染的最基本防线。生物安全的不确定性
　　当然，实验室安全问题并非已经无懈可击，还有一些问题需要解决。例如，对于实验室分级，国际上还没有一个细致的标准。目前，实验人员是根据已有的经验，来判断在什么级别的实验室操作。
　　他们首先考虑的是污染的后果，而不是传播的能力。有的微生物传播能力强，有危害，但并不严重，生病后能痊愈，就可以在安全级别比较低的实验室操作。而危害比较大的，会造成终生伤害或导致后代畸形的，就必须在安全级别比较高的实验室操作。实验操作的样本量也是决定安全级别的一个因素。例如，在一些医院里的临床检验科，在普通的实验室做艾滋病或SARS病人的血清实验就很危险，因为这些检验需要的标本量很大。但是至于什么样的细菌或病毒，多大的样本量，应该在哪一安全级别的实验室，都没有统一的国际标准。
　　实验中发生意外是不可避免的，所以俞老师指出：关键问题不在于出不出事故，而在于发现事故的能力。病毒所的SARS感染事故受到了广泛的关注。我们这里也有可能发生这种事件。前一段时间，实验室里的进风过滤器堵了，实验室内的负压达到了150帕斯卡（1个标准大气压105帕斯卡），即外部气压比内部气压大了150帕斯卡，这种情况下，过滤器很容易穿孔，一旦孔隙产生，内外气压将达到平衡，那就不是死一个人的问题了。这个事故的规模肯定要比病毒所大得多。
　　〔实验人员正在显微镜下观察病毒细胞，按照规定，生物安全实验室里必须有两个或以上的人员同时工作。〕
　　所以，对于实验室设备，不仅在操作上要遵守规定，还要定期检验、检修。例如，针对鼠疫实验就制定有一套定期检查的制度。每隔一段时间，就要把一个培养皿打开盖子，培养皿里含有可供细菌生长的营养物质，细菌遇到它就可繁殖。把培养皿放在实验室里的任意地点，1小时后进行培养，看看会长出多少个细菌，其中有没有鼠疫菌。如果细菌的数量很多，说明实验室的环境可能会影响到实验的有效性。如果还有鼠疫菌，就很可能危害到实验人员的健康，必须立刻进行消毒。
　　检查细菌比较容易，但研究人员还没有找到灵敏、有效的方法来检验实验室里的病毒污染情况。因为病毒的繁殖方式独特，只能在活细胞内生存繁殖，在一般的环境中无法检测出病毒，当能检验到它时，病毒已经感染人或其他实验动物了。以病毒所SARS感染这次事故为例，虽然已经基本确认是实验室感染，但究竟是在实验室里的哪一步操作，或是哪一组操作中引起了病毒感染，凭目前的技术水平还无法确定。（来源：中国科技纵横）