埃博拉病毒实验室事故的教训与启示

靳晓军，谢双，程洪亮，李京京，陆兵

1.军事医学科学院 生物工程研究所，北京 100071；

2.军事医学科学院 科技部，北京 100071

科研管理

埃博拉病毒实验室事故的教训与启示

靳晓军1，2，谢双1，程洪亮1，李京京1，陆兵1，2

1.军事医学科学院 生物工程研究所，北京 100071；

2.军事医学科学院 科技部，北京 100071

随着我国四级实验室的建成和即将投入使用，将有条件开展埃博拉病毒等一类病原微生物的培养和动物感染实验等实验活动。本文通过汇总并分析历史上埃博拉病毒实验室事故，总结教训，并结合实验室生物安全管理的通用要求，探讨了生物安全四级实验室防范实验室人员感染事件的策略。

埃博拉病毒；实验室事故；实验室生物安全

而在人类从事埃博拉病毒相关研究的几十年中，曾出现了为数不多的几起典型实验室事故。通过分析、研究历史上发生过的以埃博拉病毒为代表的一类病原微生物的实验室生物安全事故，可以总结实验室生物安全的规律和经验，有助于降低高级别生物安全实验室发生安全事故的风险，在从事高致病性病原微生物研究过程中更好地保护人员和环境。

1 埃博拉病毒实验室意外事件

微生物实验室根据所涉及病原体不同实验活动所需要的生物安全防护要求，分为一级（BSL-1）～四级（BSL-4）四种生物安全防护水平，其中BSL-3实验室和BSL-4实验室又统称为高级别生物安全实验室，主要开展高致病性病原微生物相关实验活动。根据我国原卫生部发布的《人间传染的病原微生物名录》，埃博拉病毒属于第一类病原微生物，其病毒培养、动物感染实验须在BSL-4条件下进行，包括病毒的分离、培养、滴定、中和试验、活病毒及其蛋白纯化、病毒冻干以及产生活病毒的重组试验等操作，或活病毒感染动物的实验。未经培养的埃博拉病毒感染材料操作须在BSL-3条件下进行，包括未经培养的病毒感染性材料在灭活前进行的抗原检测、血清学检测、核酸检测、生化分析等操作。利用活病毒或其感染细胞（或细胞提取物），不经灭活进行的生化分析、血清学检测、免疫学检测等操作，以及使用病毒培养物提取核酸，均视同病毒培养，必须在BSL-4条件下进行。而加入裂解剂或灭活剂后的病毒培养物操作，可在BSL-3条件下进行。国际上埃博拉活病毒的研究也多要求在BSL-4条件下进行，但仍不可避免出现各种意外，并导致事故的发生，甚至出现人员死亡。

1.1 1976年英国针刺感染事件

1976年11月5日，一名研究人员在位于英国威尔特郡波登当（Porton Down）的微生物研究设施中转移感染埃博拉病毒的豚鼠肝脏匀浆时，意外刺破手套伤及拇指。他立即按照标准的安全操作规程脱掉手套，并将拇指侵入次氯酸盐溶液，然后用力挤压伤口。当时没有出血，使用放大镜仔细检查也没有发现创口。事发后将其转移至负压隔离器中进行持续监控，6 d后（11月11日）发病并最终确诊为埃博拉感染。所幸该患者在采用人干扰素及经处理的恢复期血清（60℃加热1 h并检测乙肝阴性）治疗后，在事故第17 d（11月22日）患者所有症状消失，体温恢复正常，体液及拭子病毒检测呈阴性[4]。

1.2 1994年科特迪瓦感染事件

1994年11月16日，非洲暴发埃博拉疫情期间，3位科学家在科特迪瓦解剖一只12 h内死亡的黑猩猩。该动物有出血热征状，并且后期的免疫化学检查发现为埃博拉病毒感染，而解剖时，2位科学家佩戴了乳胶检查手套，另一位则佩戴了家用手套，且3人均未佩戴口罩、未穿防护服。11月24日，那位佩戴家用手套的34岁瑞士女生态学家出现发热、寒战，口服抗疟药症状无改善，3 d后就医按疟疾治疗，症状无改善且出现腹痛、腹泻、呕吐和斑症，第7 d被运送回瑞士。病人转运期间以及入院治疗期间，相关人员均佩戴防护口罩，穿戴防护服、手套，并按有关操作指南进行处理。病人在治疗15 d后康复出院，6周后完全恢复。在病人第4d和第8 d的血样中分离到一种新的埃博拉亚型（科特迪瓦型），同时排除了炭疽、登革、汉坦等其他常见感染[5]。

没有尊重就没有教育，教育是建立在尊重基础上的教育，也是教育的出发点和归宿。尊重源于对学生人格的认可，在教育教学面前教师与学生、学生与学生其实都是平等的个体，学生可能在智力、能力、情感等方面存在千差万别的情况，但作为学生的基本属性是不变的，都是我们教育的对象，是我们传授知识的主体，是学习的主人，也是教学成败的关键评价指标，不是好学生才评价，差学生也是评价的主体。只有尊重学生才愿意学；只有尊重学生才更喜欢学；只有尊重学习才更有尊严。尊重学生是我们从事教育教学的前题。

1.3 2004年美国针刺事件

2004年，在美国陆军医学传染病研究所（USAMRIID）的BSL-4实验室，一位病毒学家按标准操作对小鼠（2 d前注射了小鼠适应的埃博拉病毒株）腹腔注射免疫球蛋白，采用连续使用的注射器对第5只小鼠进行注射时，小鼠踢到注射器，针头刺穿了他的左手手套，并导致一个小创口。伤者立即挤压伤口使出血，在化学淋消后对伤口使用1 L蒸馏水进行冲洗并擦洗聚维酮碘10min。因存在感染的可能性，将伤者置于医学隔离单元（medicalcontainment suite）隔离观察。后期检测表明，事故时的5只小鼠都没有病毒血症，观察伤者21 d未发病也未产生抗体，因此解除隔离[6]。

1.4 2004年俄罗斯针刺感染致死事件

2004年5月5日，俄罗斯新西伯利亚病毒学与生物技术国家科学中心的46岁女科学家在BSL-4实验室中对感染埃博拉病毒的豚鼠进行抽血操作时，被带有豚鼠血液的注射器意外扎伤左手掌。受伤后，她按实验室应急程序通知了实验室有关人员，并立即就医，1周后出现临床症状，5月19日因救治无效死亡[7-8]。

1.5 2009年德国针刺暴露事件

2009年3月12日，德国汉堡Bernard Nocht热带医学研究所一名病毒研究人员在BSL-4实验室进行小鼠埃博拉病毒感染实验时扎伤了手指。注射器内装有超离浓缩的Zaire型埃博拉病毒培养上清与弗氏不完全小鼠免疫佐剂的1∶1混合液。在注射完毕后给针头盖帽时，针从侧面穿过并刺穿了全部3层手套。皮肤刺破处伤口明显，但并没有出血。研究人员在扎伤后未立即挤血，且在退出实验室后才对伤口进行了消毒。第2 d的RT-PCR检测结果显示，针头中残留2 μL混合液的埃博拉病毒滴度达1.4× 108拷贝/mL。汉堡大学医学中心的传染病专家在事故发生后立即对扎伤人员进行了医疗观察，并决定与加拿大和美国同行共同商讨暴露后预防和感染的处理方案。因没有用于埃博拉出血热的有效治疗和暴露后预防方法，在当夜和第2 d经专家组讨论和风险评估后，推荐使用对非人灵长类感染萨伊埃博拉病毒具有暴露后预防作用的试验性疫苗，该疫苗为能表达萨伊埃博拉病毒的糖蛋白减毒重组水疱性口炎病毒，尚未在人类使用。在患者同意住院接受预防性治疗后，事故48 h后对患者注射了从加拿大运达的总量5×107CFU的疫苗，接种时无明显不良反应，12 h后出现发热，2 d后PCR检测到水疱性口炎病毒病毒血症，其他检查均正常，并且在3周的观察期内在血清和外周血单核细胞中未发现埃博拉病毒RNA[9-10]。

1.6 2014年美国样本错误传出实验室事件

2014年12月，亚特兰大CDC下属的VSPB（Viral Special Pathogens Branch）实验室发现一名实验员可能将活性埃博拉病毒样品携出BSL-4实验室并在BSL-2实验室开展核酸检测操作。实验操作应从豚鼠采集2份口腔拭子，其中一份置于含有可灭活病毒的裂解缓冲液的试管中，用于传出BSL-4实验室在BSL-2实验室进行核酸检测；另一份置于含有病毒转移液（VTM）的试管中，用于在BSL-4实验室进行病毒分离。由于实验员操作与交接失误，未仔细辨别试管标记，将VTM管中的样品误作核酸检测样品，转移到96孔板中，热封后经渡槽转移到实验室外并流入BSL-2实验室开展核酸分析。所幸后续评价结果表明，事发当天前后的动物样本中均未检测到活病毒，提示所传出样本中可能也没有活病毒[11]。

2 埃博拉病毒实验意外事件分析及启示

2.1 埃博拉病毒实验意外事件分析

埃博拉病毒被国际公认为最危险的病毒之一，需要在最高防护等级的实验室（BSL-4实验室）方可开展病毒培养及动物感染等实验活动，因此相对而言，相关实验活动仅能在有限实验室内展开，历史上的实验室事件不多，但均很典型。表1汇总了本文收集的6起事件的情况。

从表1可以看出，6起事件中有4起是针刺事件，其中3起是生物安全实验室中难以彻底杜绝的意外事件，另一起则是生物安全标准微生物学操作中禁止的操作（给用毕的注射器戴回针帽）。样本错误传出源于人员疏忽，也反映了管理及实验设计和操作中的问题。

表1 埃博拉病毒实验意外事件汇总表

2.2 埃博拉病毒实验意外事件的启示

2.2.1 规范锐器操作 锐器的使用始终是实验室生物安全关注的重点之一，在埃博拉病毒这样的一类病原微生物实验活动中，最难控制的实验室意外之一就是针刺，这从埃博拉实验室事件中也得到了证明。特别是事件1中，针刺后在未见明显伤口、挤压未出血的情况下即发生感染，表现出埃博拉病毒对人的高度易感性，也揭示了埃博拉实验中针刺的高度风险和危害。

GB19489-2008《实验室 生物安全通用要求》[12]“生物安全实验室良好工作行为指南”中规定，关于锐器，实验室应“配备降低锐器损伤风险的装置和建立操作规程”。并应在使用锐器时注意4点，即：①不要试图弯曲、截断、破坏各种锐器，不要试图取下针头或套上针头护套（事件5中的错误操作）；②使用过需废弃的锐器要置于专用的耐扎容器中，在达到规定的盛放容量前高压处理；③需要重复利用的锐器要置于专用的耐扎容器中，经消毒灭菌和清洁后再安全处置；④不能直接用手处理打破的玻璃器具等，尽量避免使用易碎的器具。而针对动物实验中锐器的使用，也规定了“只要可能，限制使用针头、注射器或其他锐器，尽量使用替代的方案，如改变动物染毒途径等”。

高级别生物安全实验室减少和避免锐器事件的措施包括：①尽量减少锐器使用，尽量使用替代方案；②使用新型的安全器具来替代传统锐器（如注射器、玻璃匀浆器等）；③使用专用的安全锐器容器；④加强人员培训、规范锐器操作；⑤加强过程监督，从事使用锐器的实验活动时，在进入实验室前特别警示。

2.2.2 严控未知暴露 在科特迪瓦发生的一例感染事件，3名解剖人员在未佩戴口罩、未穿防护服的情况下，2位佩戴乳胶检查手套的人员未感染，而恰好一位佩戴家用手套的人员事后发生感染。原文作者分析患者可能是手直接接触了黑猩猩的血或有液体溅洒到脸上，但由于无法回溯解剖时的详细情况，该人员感染的确切原因未知。所幸的是在进行适当防护的条件下，包括科特迪瓦22位（18位接触感染者的人员和其他4位操作黑猩猩器官的人员）和瑞士52位（包括8位感染者家属朋友和4位护送人员）接触该感染者的人员，其血清学检查均为阴性，表明整个治疗、护理过程中预防感染的措施是有效的。

在实验室生物安全事故的历史长河中，未知暴露曾经占有很大比例[13-14]，后来分析其中多数属于气溶胶感染。据目前所知，自然条件下埃博拉病毒通过接触患者的血液、体液和皮肤或感染者的尸体传播[3,15]，而动物实验则证实了埃博拉病毒等丝状病毒可通过气溶胶途径感染豚鼠和非人灵长类动物[16]。在本次西非埃博拉疫情中，据报道截止2014年12月17日已有450名医护人员感染埃博拉，其中244人死亡，而其中不乏在严格个体防护条件下、避免直接接触仍被感染的医护人员。因此，在从事埃博拉实验活动过程中，不应忽视气溶胶暴露感染这一在实验室生物安全中重点防范的暴露途径。我国在援非抗埃前线圆满实现了“打胜仗、零感染”的目标，为我们在实验室做好埃博拉病毒实验活动的生物安全防护提供了经验。

2.2.3 规范实验室管理 事件6即2014年底美国实验室将埃博拉样本错误传出实验室的事件，反映了一系列实验室管理上存在的漏洞。包括：①实验操作缺乏充分的安全措施，如研究计划流程中没有充分考虑减少人为失误造成暴露的可能性，没有对实验操作进行监控导致执行过程中出现偏差，以及出现差错后没有及时发现。②实验室所在机构缺乏实验室安全和管制剂管理的联络中心，也缺乏项目监督和持续的日常指导。③缺乏采取足够的最新的实验室安全保障设备和措施，包括对关键安全控制点进行照相等再确认的措施。

经过十多年规范化的管理和运行实践，我国目前已经基本形成一套高级别生物安全实验室管理和运行的模式，特别是硬件建设方面要求越来越明确，并且能够通过实验室自身检查、职能部门监管以及第三方检测等多种渠道来加以保障。而涉及到实验室的日常管理以及实验活动管理，尽管各实验室已经建立了生物安全管理体系，但运行中仍存在诸多薄弱环节。一方面体系本身存在缺陷，尚需要进一步完善，更重要的问题则是体系的执行不到位，甚至不可排除其中存在侥幸心理，将实验室生物安全寄希望于运行使用中不出问题，而不是从杜绝事故、问题的苗头入手。在实验室生物安全管理中努力加强生物安全文化建设，让生物安全融入到每一个相关人员的血液中，还有很长的路要走。

2.2.4 风险评估做到实处 一定程度上讲，几乎所有的事故均与缺乏适当的风险评估与风险控制有关，即便是人员疏忽或是不执行操作规程，也可归因于对于人员风险及其控制的不到位。对于计划开展的实验活动，如果进行了全面、深入、细致的风险分析，对其发生的概率和产生的后果有准确的认识，并采取了切实可行的防范措施或是有可以依赖的应急预案，那么绝大多数的实验室生物安全事故都可以避免。如本文所述的几起埃博拉实验室事件中，都存在缺乏适当的风险评估与风险控制问题。

目前我们国内运行中的高级别生物安全实验室，按照国家的有关管理要求，已经建立起了一套风险评估与风险控制的机制。但从运行的实际情况来看，各实验室在风险评估方面还存在很大的差异，如风险发生的概率和危害程度怎么划分？风险评估的结果怎么应用到实际运行中去？实验室运行过程中最不可控的人员风险（包括思想状态、情绪波动、心理活动、健康水平）如何把握？这些问题在操作一类病原微生物的实验活动中，显得更为关键。另一个突出问题则是风险评估和实际操作脱节，其原因则是部分实验室风险评估的目的还不仅是为了实际操作中的风险控制，更主要的是为了满足标准、检查的要求。因此，掌握风险评估的方法，纠正风险评估的目的，把风险评估做到实处，真正地为控制、减小实验室运行中的风险服务，这将是风险评估工作在今后的努力目标。

3 我国高级别实验室建设现状及规划

自2004年《国家高级别生物安全实验室建设规划》发布以来，我国已形成了高级别生物安全实验室体系的基本框架，一批生物安全三级实验室投入运行，已经成为传染病重大专项等科学研究不可或缺的基础平台，为我国的烈性与重大传染病防控、生物防范和产业发展做出了重要贡献。截至2017年1月，我国已建成并通过国家认可的BSL-3实验室共有48个。2015年1月，我国首个BSL-4实验室在武汉竣工[17]，2017年1月，该实验室成为我国获得认可的首个BSL-4实验室，标志着我国正式具备开展一类病原体病毒培养和动物感染等研究工作的条件。

面临复杂多变的国际生物安全形势，为贯彻落实总体国家安全观，围绕烈性、突发、外来、热带传染病病原体的监测预警、检测、消杀、防控、治疗五大环节的需求，国家发改委、科技部于2016年11月30日印发了《高级别生物安全实验室体系建设规划（2016-2025年）》[18]，计划在现有基础上建设一系列的生物安全实验室，包括5～7个四级实验室，到2025年形成高级别生物安全实验室国家体系，增强生物安全科技创新能力。

4 结语

高级别生物安全实验室的建设与运行，为从事高致病性病原微生物实验活动提供了安全平台，同时也需要实验室做好设施设备使用维护、人员培训考核与医学监督以及实验活动的风险评估、安全管理和应急预案等各方面的工作。一旦实验室运行保障或实验操作过程中某一环节出现问题，就可能引发严重的生物安全事故，并带来生命财产的巨大损失。

随着我国高级别生物安全实验室建设的不断推进，必将有越来越多的BSL-3和BSL-4实验室投入运行，从而使我们国家在传染病防控、突发公共卫生事件应对中具备更强的能力，并在与病原微生物相关的国际事务中发挥越来越重要的作用。但目前我国尚缺乏BSL-4实验室的运行经验，我们还需要不断地通过广泛借鉴国外BSL-4实验室的经验并汲取教训，来提高我们高级别生物安全实验室管理和运行的水平。有效确保高级别生物安全实验室的运行安全，保障相关人员及环境的安全，是我们的责任；尊重科学、汲取教训，从国内外实验室生物安全事故中发现实验室生物安全的规律和真谛，并应用到实践中去，通过制定科学的标准法规、适宜的技术规程保障实验室运行安全，是我们始终追求的目标。

[1]世界卫生组织.《国际卫生条例》突发事件委员会第九次会议关于西非埃博拉疫情的声明[EB/OL].http://www.who.int/mediacentre/news/statements/2016/end-of-ebola-pheic/zh/.[2016-12-30]

[2]WHO.Ebola situation report,10 June[EB/OL].http:// apps.who.int/iris/bitstream/10665/208883/1/ebolasitrep_10 Jun2016_eng.pdf?ua=1.[2016-12-30]

[3]To K K,Chan J F,Tsang A K,et al.Ebola virus disease:ahighlyfatalinfectiousdiseasereemerging in West Africa[J].Microbes Infect,2015,17(2):84-97.

[4]Emond R T,Evans B,Bowen E T,et al.A case of Ebola virus infection[J].Br Med J,1977,2(6086): 541-544.

[5]Formenty P,Hatz C,Le Guenno B,et al.Human infection due to Ebola virus,subtype Côte d’Ivoire: clinical and biologic presentation[J].J Infect Dis.1999,179(Suppl 1):S48-S53.

[6]Kortepeter M G,Martin J W,Rusnak J M,et al.Managing potentiallaboratoryexposuretoEbola vi⁃rus by usinga a patient biocontainment care unit[J].Emerg Infect Dis,2008,14(6):881-887.

[7]Miller J.Russian scientist dies in Ebola accident at former weapons lab[EB/OL].http://www.nytimes.com/2004/05/25/world/russian-scientist-dies-in-ebola-acci⁃dent-at-former-weapons-lab.html.[2016-12-30]

[8]Stone R.Russian scientist dies after Ebola lab acci⁃dent[J].Science,2004,304:1225b.

[9]Günther S,Feldmann H,Geisbert T W,et al.Man⁃agementofaccidentalexposure to Ebola virus in the biosafety level4 laboratory,Hamburg,Germany [J].J Infect Dis,2011,204(Suppl 3):S785-S790.

[10]Tuffs A.Experimental vaccine may have saved Ham⁃burg scientistfrom Ebola fever[J].BMJ,2009,338: b1223.

[11]CentersforDisease Controland Prevention.Report on the potential exposure to Ebola virus[EB/OL].http://www.cdc.gov/about/pdf/lab-safety/investigation-in⁃to-dec-22-2014-cdc-ebola-event.pdf.[2015-02-04]

[12]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.实验室生物安全通用要求（GB 19489-2008）[S].北京:中国标准出版社,2008.

[13]Sewell D L.Laboratory-associated infections and bio⁃safety[J].Clin Microbiol Rev,1995,8(3):389-405.

[14]陆兵,刘秋焕,王荣,等.结核分枝杆菌实验室获得性感染事件分析[J].中国防痨杂志,2012,34(5): 335-337.

[15]Na W,Park N,Yeom M,et al.Ebola outbreak in Western Africa 2014:what is going on with Ebola virus[J]?Clin Exp Vaccine Res,2015,4(1):17-22.

[16]Leffel E K,Reed D S.Marburg and Ebola Viruses as aerosolthreats[J].Biosecur Bioterror,2004,2(3): 186-191.

[17]中国新闻网.中国建成亚洲首个P4实验室[EB/ OL].http://www.chinanews.com/sh/2015/01-31/7022623.shtml.[2016-12-30]

[18]国家发展改革委,科技部.关于印发高级别生物安全实验室体系建设规划（2016-2025年）的通知[EB/OL].http://www.sdpc.gov.cn/gzdt/201612/t20161220_830461.html.[2016-12-30]

Lessons and Learning from Ebola Virus Laboratory Acci⁃dents

JIN Xiao-Jun1，2,XIE Shuang1,CHENG Hong-Liang1,LI Jing-Jing1,LU Bing1，2*
1.Beijing Institute of Biotechnology,Beijing 100071;
2.Department of Science and Technology,Academy of Military Medical Sciences,Beijing 100071;China
*Corresponding author,E-mail:13693506666@163.com

In China,laboratory activities relating to Class I pathogen,such as Ebola virus cultivation and ani⁃mal infection have the chance to be taken in the newly completed BSL-4 laboratory in the near future.We try to learn from the reported Ebola virus laboratory accidents in history so as to provide more practical information for high-risk pathogen operators.In this paper,firstly we listed these accidents,then we briefly summarized,andana⁃lyzed the causing reasons.Finally,based on these reflections and supported with general requirements of laborato⁃ry biosafety management,we put forward the preventive strategies suitable for BSL-4 laboratory.

Ebola virus;laboratory accidents;laboratory biosafety

R373

A

1009-0002（2017）01-0016-07

10.3969/j.issn.1009-0002.2017.01.004

2017-01-12

国家重点研发计划“生物安全关键技术研发”重点专项（2016YFC1202600）

靳晓军（1987-），男，博士研究生

陆兵，（E-mail）13693506666@163.com