高校非高等级病原微生物实验室生物安全管理研究

江 轶, 黄开胜, 艾德生, 段 蕾

(1. 清华大学 实验室与设备处, 北京 100084； 2. 清华大学 生命科学学院, 北京 100084；3. 清华大学 医学院, 北京 100084)

生物安全指由现代生物技术开发和应用中可能造成的对生态环境和人体健康产生的潜在威胁,及对其所采取的一系列有效预防和控制措施。生物安全在提高国家预防控制传染病疫情、防止生物技术误用、防范生物恐怖袭击、保护生物遗传资源与多样性以及保障生物实验室安全的能力方面发挥着重要作用[1]。实验室生物安全是生物安全的重要组成部分,也是一个重要的国际性安全问题。上世纪七八十年代,实验室生物安全事故频发,这引起了国际性的警醒,促进了病原微生物实验室基础设施设备、病原微生物规范操作、个人防护以及生物废弃物处理等在技术和管理方面的进步。世界卫生组织(WHO)于1983年出版了《实验室生物安全手册》(laboratory biosafety manual)第1版,1993、2004年分别出版第2、3版。该手册鼓励各国接受和执行生物安全的基本概念,并鼓励针对本国实验室如何安全处理致病微生物制定操作规范[2]。

我国在生物安全方面越来越重视,科学研究全面展开,国际交流日益频繁,相关法律法规相继出台。依据通行标准,我国对病原微生物根据传染性和感染后对个体/群体的危害程度分为四类,其中第一、二类统称为高致病性病原微生物。根据实验室对病原微生物的生物安全防护水平分为四级,其中三、四级主要用于操作高致病性病原微生物[3]。高致病性病原微生物实验室的管理和技术国内国际均有相关指导手册和规章制度,我国目前也已出台相关法律法规15部,配套行业标准的文件10余部。但实际情况是,我国现有的实验室绝大多数为生物安全一级和二级,生物安全三级的实验室有41个,生物安全四级的实验室仅有1个。况且41个生物安全三级实验室中,属于卫生部门的约30个,而属于高校系统仅有不到10个。可以说,高校实验室的生物安全管理工作所面对的主要是针对生物安全一级和二级的实验室(以下统称为“非高等级病原微生物实验室”)的管理。

由于非高等级病原微生物实验室所操作的微生物危害性不足以致命,容易被忽视。事实上由于这种污染效应的滞后性,往往在污染发生时不易预料和察觉,一旦发生人身伤害及环境污染,后果将无可挽回。

本文在总结国际国内高校和企业在非致病性病原微生物实验室的生物安全管理工作基础上[4],结合清华大学近期在生物安全管理方面的实践,探索适合我国绝大部分高校的基础病原微生物实验室管理模式。

1 国内外高校及企业非高等级病原微生物实验室生物安全管理经验探索

1.1 欧美高校生物安全管理

欧美发达国家对于生物安全实验室的建设及管理历来相当重视,对于生物安全各级实验室均有完整的政府指导及服务体系,在实验室等建筑物建设过程中均有生物安全专家参与安全评估,在运行过程中安全运维及管理人员占有相当大的比例,采用在线培训、互动、研讨、实操与理论相结合等灵活多样的方式进行广泛而深入的培训,各个高校均设立生物安全委员会指导各个级别实验活动的危害评估工作,且生物废弃物处理业务集中在学校的环保安全管理部门,管理有效,行动力强[5-6]。

一般而言,在欧美大学和研究机构中,实验室安全归属于环境、卫生和安全(EHS)部门管理。EHS为大学的工作人员、研究实验室、物理设施、医院和诊所提供安全方面的技术、政策、硬件和人力支持,以保持健康、安全和合规的工作环境。

如德克萨斯大学西南医学中心(以下简称西南中心)是德克萨斯大学体系中的核心成员,是美国著名的生物医学研究中心。西南中心的EHS工作由名为安全和业务延续(safety and business continuity)的部门管理,下设生物和化学安全办公室,重点为西南中心及其附属医院进行的研究、教学和服务工作等各项工作提供支持和监督。在该办公室所负责的每个领域,都有针对性的监管制度。每部监管文件将相关操作规范和指导整合成文,涉及政策、行动计划、检查、样本测试、教学/培训和项目存档等。该办公室管理和监察所有感染性物质,病原体以及化学物质的使用,确保处理这些有害物质时的操作安全和合规性。西南中心的EHS部门提供工作时间内的热线电话服务。当实验室成员遇到相关的实验室安全问题又不确定如何处理时,都可以通过拨打热线电话得到专业的解答。当热线电话没有能够正常接通时,电话将建议或自动转接到校警报警电话,或者直接转接911。警局将根据他们的条例,给出例如拉响楼层警报、疏散等建议。

其他美国大学的EHS部门,按照生物安全、辐射安全、化学安全等专业方向配备有专业的实验室安全培训师团队。每年多次和相关院系、实验室联合举办各种规模的培训活动。EHS部门还会进行不定期、无预告的安全抽查活动,违规现象以整改通知的形式通知到实验室负责人。如果发现严重隐患和危害,该部门可以联合校警关停实验室。美国生物实验室的各类硬件和软件建设都有严格的规章制度可循。进入实验室前,由各实验室自行负责安全文件和知识的阅读、培训,成为实验室准入制度的基础。生物实验室的基建和安全设施的配备,则由房管部门根据相关标准负责完成和监督、维护。生物科研大楼配备大型高压灭菌设施,用于处理生物安全一级实验室产生的生物废弃物。各生物实验室按照分类要求,配备不同的废弃物收集容器和垃圾袋。生物废弃物垃圾袋有明显的生物危险标示。对于生物废弃物中的利器,则有专门的利器收集盒收集。雇主一般都会为生物实验室的勤杂人员购买特殊的健康险,用以应对可能的意外情况。

1.2 国内外知名制药企业生物安全管理

由于基础科研的蓬勃发展,愈来愈多的生物、医学和药学领域的科学发现已经被用于指导药物设计工作,各大药厂纷纷成立了早期药物发现的研发部门。这些研发部门的实验室,在科研方向上和高校实验室有很多类似和重合的地方。他们的实验室生物安全管理体系,有很多可供借鉴的地方。

与高校实验室相比,药厂对于规范化和标准化的要求更为严格。如位于柏林的拜耳医药保健研发总部,其实验室生物安全一级和二级实验室分区管理,门上张贴生物安全标示,采用全透明的房间门(见图1),便于查看室内情况。生物安全柜内无杂物,外开门和内开门以不同颜色区分,而且有明显标识。实验室废弃物分类收集,生物废弃物垃圾桶有明显标识。安装有紧急喷淋装置的房间,在门上也有明显标识。每个实验室配备有两位安全员,互为候补,确保至少有一位安全员在岗[7]。

图1 拜耳医药保健研发总部生物实验室

在实验室安全管理方面,拜耳医药采用了类似美国EHS的HSE2(health,safety,environment,energy)体系,将健康、安全、环境和能源事务统一管理(见图2)。

图2 拜耳医药保健研发总部生物实验室HSE2安全管理体系

1.3 港澳台地区高校生物安全管理

由于历史的原因,港澳台地区高校的生物安全管理体系来源于英国及美国,学校从建立之初即配备了有效的实验室生物安全管理系统,政策、基建、设施、技术、资源、人事和行政方面都有保障。生物安全管理的权责清晰,各项生物安全指引详尽明确,安全服务周详有效,且具有定期检查督导,并对生物安全工作进行持续改进。如香港科技大学延续欧美体系设立的EHS部门,辅以校园诊所和实验室供应中心形成校园生物安全管理的完整链条。

2 国内高校非高致病性病原微生物实验室生物安全管理现状及问题

国内大多数高等院校生物安全工作起步较晚,相关管理理念、措施和技术手段落后。管理办法往往原则性条款较多,缺乏指导性和可操作性。生物安全管理职责多挂靠于教务部门、保卫部门等,而非独立设立依托于实验室安全管理部门的机构或设置专人负责。人力、物力和经费投入不足,缺乏专业指导与管理支撑,专业的生物安全培训缺失。病原微生物操作和生物废弃物处理方面更是参差不齐,缺乏统一管理。

(1) 备案不完善,顶层管理不够全面。按照我国病原微生物生物安全管理条例规定,生物安全二级实验室均应实行备案制度,由各省级卫生行政部门负责全省生物安全二级实验室的备案组织管理,各市、州卫生行政部门负责本辖区内二级实验室的具体备案工作及生物安全监督。由于备案工作一般是由申请单位自行上报,行政层面缺乏监管和强制措施,因此备案工作经常得不到贯彻[6]。高校尚存大批没有备案的生物安全二级实验室。卫生行政部门对于本辖区生物安全二级实验室的实际管理不够全面,缺乏完全监督。

(2) 操作病原繁杂,缺乏微生物危险度评估过程。生物安全工作的核心是对病原微生物进行危险度评估,据此选择针对性的生物安全水平级别及合适的个体防护装备,以确保在安全的水平下开展工作。非高等级病原微生物实验室主要用于进行三、四类病原微生物的菌种分离、培养、鉴定、生理生化及功能分析，以及分子生物学方面的研究。在实际管理中,各高校对三、四类病原微生物的操作极少进行危险度评估,大多根据既往经验进行,存在超范围从事病原实验活动的现象。而且随生物技术的不断进展,转基因动、植物的改造和升级,会出现前所未有、不可预知的生物安全隐患[7]。各高校专兼职从事生物安全管理的人员,从数量和专业性上都不足以应对以上提及的危险度评估工作。

(3) 人员管理松散,缺乏生物安全培训。我国非高等级病原微生物实验室数量庞大、学生多、人员流动性大,甚至推销人员都可随意进出。在这种情况下如果缺乏进入许可制度和有效的培训体系,很容易出现实验人员生物安全意识薄弱,病原微生物操作欠规范的现象。常见的错误操作有：实验结束后不洗手即进食饮水、食物饮料等与实验材料混放、生物安全柜不当使用[8]、生活垃圾与生物废弃物混放等。

(4) 建设标准和配套设施方面不合规范。我国在生物安全实验室建设方面的法规主要有《生物安全实验室建设技术规范》(GB50346—2011)和《实验室生物安全通用要求》(GB1948—2008)。但落实到各高校非高等级病原微生物实验室的建设上,各单位实际采用的基础建设标准、装修布局与设备设施的配置不尽相同,未能严格按照法规进行,存在各类亟需整改,但实际上又难以解决的问题。且由于历史的原因,大量不完全符合我国乃至国际现行生物安全标准和技术规范的、非高等级病原微生物实验室目前仍处于运转状态。

(5) 生物废弃物处置缺乏标准及配套服务。对于实验室的生物废弃物进行妥善和科学的处置,可以有效减少感染性气溶胶的产生,降低对于人群、环境和社会的危害和隐患。我国生物安全相关法律法规要求生物安全二、三、四级实验室的废弃物必须经高温高压灭菌处理或焚烧后方可丢弃[9]。但目前大部分高校对于生物安全一级实验室的废弃物以及经高温高压灭菌后二级生物安全实验室的生物废弃物的处置,实际上基本作为生活垃圾处理。而且缺乏病原微生物泄漏的应急预案,这一问题须得到学校以及政府从设施、政策到行政监管各层面的重视[10]。

3 非高等级病原微生物实验室生物安全管理的探索与实践

清华大学从事生物医学研究的实验室多达120个,其中生物安全二级实验室约6个,在不同方面参与我国重大传染病防治相关的科学研究和人才培养,研究的病原微生物涉及艾滋病病毒、结核分枝杆菌、SARS病毒、土拉杆菌、登革病毒、森林脑炎病毒等。近年来,我们不断完善生物安全管理体系和制度,建立了从校级到学院,直达独立实验室的三级管理体系。

3.1 建立完善的实验室生物安全管理组织和制度体系

生物安全管理工作分三级管理。学校层面由实验室工作委员会负责统筹协调,实验室与设备处作为职能部门归口负责实验室生物安全管理工作,并设立生物安全办公室,统筹全校范围的实验室生物安全管理工作,具体负责制定和完善学校生物安全相关管理规定和操作手册,指导并监督院系实验室生物安全责任体系、管理规定、设备设施、仪器及操作规范的建立与日常运行,统筹实验室生物废弃物处置工作。第二个层面为院系实验室安全领导小组,由院系主任及书记为第一责任人,任命安全负责人具体开展院系实验室生物安全管理工作。第三个层面为实验室,各生物医学实验室负责人为本实验室生物安全第一责任人[11]。

2017年学校制定了“清华大学实验室生物安全管理办法”,作为学校同年新发布的“清华大学实验室安全管理规定”中有关生物安全内容的补充说明,指导全校生物医学实验室生物安全的具体工作,并在实践中不断丰富和完善学校生物安全实验室管理体系。各院系生物实验室,特别是生物安全二级实验室,则都必须按要求编写针对本实验室的“安全手册”或“操作手册”。

3.2 开展有效的实验室生物安全监督机制

学校定期组织专家督导实验室生物安全工作,各院系及实验室生物安全负责人定期及随时开展生物安全自查,检查内容涉及实验室生物安全管理体系的运行、设备设施状态、操作技术规范、常见生物安全意外事件的预防及控制机制等。发现问题及时整改,防微杜渐,从源头预防和控制生物安全危害事件的发生。

3.3 推行生物实验室准入制度

进入各类型实验室的本科生、研究生、博士生、博士后、实验技术人员、暑期实习各类学生必须接受符合自身水平的生物安全培训。达到熟练掌握实验及仪器设备操作规程,熟知实验室生物样品的存储、使用和后处理相关规定和操作规范,通过学校的生物安全测试、取得上岗资格证后方可进入实验室开展实验。

3.4 加强生物安全防护管理及教育培训

采取多种形式进行生物安全防护管理及相关内容的教育培训,提高并加强实验室工作人员的生物安全防护意识和实验室感染危害性的认知。要求在进行病原微生物及相关实验操作中佩戴合适的个人防护用品,对容易产生气溶胶的操作应在生物安全柜中进行,实验操作结束后及时进行消毒灭菌处理,操作中如发生意外事故,必须严格按照应急预案及流程处理。

3.5 建设校级生物废弃物统一处理平台

学校建设了国内高校第一个大型校级生物废弃物统一处理平台,对生物安全一级实验室产生的生物废弃物在离校前进行集中高温高压灭菌处理。各生物安全一级实验室产生的生物废弃物在实验室进行分类后由生物废弃物处理平台定期清运,采用标准化操作流程高压灭菌处理,彻底达到无害化水平,最大程度降低生物废弃物对于环境和社会的危害。

4 对我国高校非高等级病原微生物实验室生物安全的建议

4.1 政府主管部门对非高等级病原微生物实验室应加强管理和配套服务

政府主管部门应加强对于非高等级病原微生物实验室管理的规章制度建设,建立有针对性的管理方针和可操作的管理措施,变被动管理为主动管理。探索建立高等院校生物废弃物的分类、回收和处置流程与相关配套服务。

4.2 加强实验室建筑、设备设施和关键技术的研究

目前指导生物安全实验室建设方面,对于生物安全三、四级病原微生物实验室有较为严格的标准,但对非高等级病原微生物实验室的建设和装修则缺乏有效监管。建议各高校在新建或改建非高等级病原微生物实验室时,应遵循国家现行建设和装修标准,所配备的生物安全柜、高压灭菌锅等设备设施应能满足所操作的病原微生物的要求。我国在实验室生物安全技术研究领域起步较晚,在实验室防护设备方面,只有Ⅱ级生物安全柜一种设备有技术标准,而如气密门、传递窗、高效过滤单元、污水处理系统等尚无标准可依,导致防护设备缺乏检测验证和有效监测。

此外还建议鼓励病原微生物实验室关键防护技术和装备的研发投入,加强产学研联合,逐步增强各类型实验室生物安全领域自主创新能力。支持国内研发,尽快实现病原微生物实验室精良的设备设施和关键防护技术从“进口依赖型”向“自主保障型”的转变。

4.3 高校建立切实可行的生物安全管理办法及相关服务

各高校可根据自身情况设立生物安全管理体系,可以是学校-院系-实验室3个层级的体系,也可以设立符合自己需要的结构。此外,各高校应积极建立有针对性的生物安全管理规范,增加人员和管理经费投入。学校层面可建设完备的实验室生物安全管理组织和制度体系。建议有条件的职能部门专设生物安全办公室,统筹负责各院校范围内的实验室生物安全的管理监督及突发事故应急处置等工作。加快建立健全各项管理规定和操作手册,提供生物安全咨询、设备设施维护、实验室废弃物处理等基础服务。院系层面可建立生物安全的日常监督流程,并组织相关领域专家成立生物安全委员会,负责本院系的病原微生物危险度评价工作,编写更为细致及有针对性的生物安全操作流程。实验室负责人作为实验室生物安全的具体实施者,应严格执行学校及院系在生物安全管理方面的相关规定,并承担本实验室内部与生物安全相关的一切日常事务责任。

4.4 加强各级生物安全教育和人才培养

制定分别针对病原微生物实验室管理人员和工作人员的培训制度和考核制度,定期及不定期组织形式多样的生物安全培训,探索灵活多样和丰富多彩的培训方式。通过实验室安全培训,使新入实验室人员尽快熟知设备设施及防护用品、病原微生物标准操作流程等基础知识,避免常识性错误引发的生物安全事故和环境污染。对于已经在实验室工作的人员,要求其熟练掌握生物安全规则及操作流程,克服麻痹思想,增强安全意识。对于生物安全管理人员,定期进行宣传和学习,强调日常监管过程的重点和难点。病原微生物实验室的建设、使用和管理涉及到建筑科学、环境科学、微生物学、生物安全科学、系统工程学等多个学科,目前大多数高校并未配备专业的生物安全管理和技术人员,因此迫切需要培养复合型生物安全人才。

5 结语

目前我国高等院校在非高等级病原微生物实验室的管理方面还存在较多的问题。我们在非高等级病原微生物实验室生物安全管理方面围绕管理体系、制度体系、监管体系做出了一系列的改革,提出并践行了责任体系制度、监督监管制度、准入制度、废弃物处置制度等针对性和操作性强的举措,为探索我国高校非高等级病原微生物实验室生物安全管理提供了切实可行的实践经验。