国际生物安全四级实验室建设和实验室安全管理现状*

2021-05-18丁陈君张志强

世界科技研究与发展 2021年2期

宋琪丁陈君陈方张志强

（中国科学院成都文献情报中心，成都 610041）

实验室是进行科学技术研究的基本场所，如何确保科学家和实验人员安全有效地开展传染性物质研究的同时，防止微生物或病毒污染实验条件或从实验室环境中逃逸，对于开展生物技术研究操作的实验室而言尤为重要。生物安全实验室是指在生物学、医学等领域，通过防护屏障和管理措施防止发生病原体或毒素暴露及释放等，从而达到生物安全要求的生物实验室。

实验室生物安全水平（Biosafety Level）在多数英语系国家地区用BSL来表示（如BSL-4），在英国及加拿大为 Containment Level（如 CL4），在澳大利亚为 Physical Containment（如 PC4），BSL-4在法国表示为P4，P代表病原体Pathogen。为方便陈述，本文统一使用BSL的形式来表示。美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）于1974年发布的《基于危害的病原体分类》［1］（ClassificationofEtiological AgentsontheBasisofHazard）将实验室生物安全水平（Biosafety Level）划分为四个等级（BSL-1～BSL-4），其对生物安全水平的描述与美国国立卫生研究院（National Institute of Health，NIH）1976年首次发布的《NIH涉及重组DNA分子的研究指南》［2］（NIHGuidelineforResearchInvolving RecombinantDNAMolecules）中四个等级（P1～P4）的描述相似。这一等级划分获得了国际同行的认可，世界卫生组织（World Health Organization，WHO）根据感染性微生物的相对危害程度也制定了仅适用于实验室工作的微生物危险度等级划分标准（BSL-1～BSL-4）［3］。

高等级生物安全实验室包括BSL-3实验室和BSL-4实验室，其中BSL-4实验室是目前世界上最高等级的生物安全实验室，主要涉及危险病原体研究，在传染病预防和控制、生物防范、极端微生物研究等方面发挥着重要的作用，是国家生物安全体系的核心物质基础。随着研究的不断深入，生物安全实验室的数量及规模也在不断扩展，但由于对生物安全实验室的管理存在一定程度上的滞后，各国也多次出现实验室获得性感染（Laboratory-Acquired Infections）事件［4］。据《今日美国报》报道，自2015年以来美国已出现数百起实验室泄露事故［5］，位于马里兰州的德特里克堡生物基地于2019年7月关闭后不久，距离该实验室仅1小时车程的弗吉尼亚州一个社区就暴发了莫名其妙的“电子烟疾病”［6］，该事件在美国国内和国际上均引发了很多质疑。BSL-4实验室的安全及管理是监管机构面临的一大问题，关系到实验室工作人员及国家的安全，各国也均出台一系列与BSL-4实验室相关的安全管理和操作指南。本文主要从国际BSL-4实验室设施分布以及管理现状两个方面进行概述，并结合我国自身对我国高等级生物安全实验室建设提出了建议。

1 全球BSL-4实验室及其分布

在《禁止发展、生产和储存细菌（生物）及毒素武器和销毁此种武器公约》（即《禁止生物武器公约》）机制下，每年4月15日前各缔约国在自愿的基础上向联合国申报“交换关于研究中心和实验室的数据”，其中一项内容便是对本国BSL-4实验室设施的说明［7］，以参与生物武器公约建立信任措施。但由于BSL-4实验室相关内容涉及国家生物安全核心机密，在资料的公开性和全面性方面有一定的限制。以美国为例，虽在2020年其向联合国申报的BSL-4实验室数据仅有9个［8］，但美国科学家联合会（Federation of American Scientists，FAS）曾对美国BSL-4实验室数量进行过统计，截至2013年就有13个正在运行、扩建或规划中的 BSL-4实验室［9］（其中美国 CDC有2个），这足已看出当时美国BSL-4实验室发展的庞大规模。

据不完全统计，截至目前全球BSL-4实验室（包含已建设、正在建设以及计划筹建的）总共有近60个（见附录）。有些机构和研究中心内可能包含2个或以上的BSL-4实验室，如昆士兰卫生部拥有两处BSL-4实验室；澳大利亚动物卫生实验室（Australian Animal Health Laboratory，AAHL）内共有四个等，在本文中这种情况均只归为一处进行说明。相关BSL-4实验室名称及位置信息列表详见附录，其中美国的BSL-4实验室名称及位置信息参照2013年FAS的统计数据，所有国家的BSL-4实验室的位置信息通过地图和在线查询结合方式获得［10］。

全球目前共建成的BSL-4实验室有51个，正在建设和计划建设的BSL-4实验室［11］有6个（详见附录）。就地区来看，欧洲是BSL-4实验室设施最集中的地区，北美洲次之，其他地区相对零散；就国家来看，美国BSL-4设施最多（13个），其次为英国（8个）；澳大利亚和瑞士分别有4个，德国、加拿大、法国、意大利、日本、捷克、印度的BSL-4实验室设施均达到2个或以上，南非、加蓬、科特迪瓦这些经济发展相对落后的国家靠其他国家援助等方式也建起了BSL-4实验室设施。在未完全建成的BSL-4实验室中，美国国土安全部国家生物和农业防御设施（National Bio and Agro-Defense Facility，NBAF）是在 2003年根据总统指示取代梅花岛实验室后在堪萨斯州曼哈顿建造的，实验室大楼将占地约4084平方米，是美国首个容纳大型动物的BSL-4实验室，如果能按计划完成，NBAF将在2021年5月投入使用；英国公共卫生部计划从波顿和伦敦搬迁人员及设施，在Harlow建设的BSL-4实验室有望在2024年投入运营；生物技术与生物科学研究理事会国家病毒学中心（the Biotechnology and Biological Sciences Research Council（BBSRC）National Centre for Virology）2015年迁入皮比赖特研究所（Pirbright Institute），在英国政府和BBSRC的重大投资下，该中心完全按照BSL-4实验室标准构建以进行相关研究；2010年长崎大学（Nagasaki University）校长公开宣布，打算在日本再建设一个BSL-4实验室，并计划其在2021年运营。由哈尔滨兽医研究所建造的国家动物疫病防控高级别生物安全实验室（National High Containment Facilities for Animal Diseases Control and Prevention）将是中国唯一能够进行大动物研究的BSL-4实验室，该工程已于2016年12月完工，目前暂未全面投入运营。

除在本国内建立BSL-4实验室外，也有非政府机构（如国内相关公司）在其他国家建立可以从事高安全性工作的生物安全实验室。以美国为例，其在全球各地建有200多个研究实验室［12］，美国在包括前苏联地区（如格鲁吉亚和乌克兰）以及非洲等在内的25个国家/地区设有生物实验室［13］，其中卢格中心是五角大楼建在格鲁吉亚的生物实验室，对生物制剂（如炭疽）和病毒性疾病等高安全性的研究活动就在卢格中心（Lugar Center）中进行［14］。此外，据不完全统计，美国截至2013年就有13个正在运行、扩建或规划中的BSL-4实验室，其在CDC注册的BSL-3实验室数量在 2010年已达 1495个［15］。西图（CH2M Hill）、巴特尔（Battelle）以及 Mtabiota是三家重要的从事相关实验室工作的美国公司［16］，其中西图于2017年被雅各布斯（Jocabs）收购，雅各布斯的子公司雅各布斯技术公司（Jacobs Technology Inc.）为导弹防御及其导弹防御整合与作战中心提供产品和服务［17］以应对生物安全风险。巴特尔的实验室多采用政府拥有-承包商管理（Government-Owned and Contractor-Operated，GOCO）的治理模式［18］，同时其运营着世界上最大的非政府的高等级生物安全实验室，从事为受化学和生物战或重大流行疾病威胁的人们提供诊断和治疗解决方案的任务，其与国防威胁降低局（Defense Threat Reduction Agency，DTRA）和 USG进行合作，在阿富汗、亚美尼亚、格鲁吉亚、乌干达、坦桑尼亚、伊拉克、阿富汗和越南等国家建立实验室网络来加强生物监测系统，完善美国应对生物威胁的能力等［19］。Metabiota在流行病学和数据科学方面，过去十年中建立了20多个国家/地区的合作网络，在生物监测、人力发展、生物风险管理以及流行病数据分析方面开展工作，以规避生物安全风险，同时Metabiota与保险业和政府组织合作改进技术以减轻传染病的影响［20］。

2 主要国家的生物安全实验室管理

生物安全实验室管理不仅仅是为保护实验室操作人员的个人健康，高等级生物安全实验室尤其是BSL-4实验室一旦发生意外，极有可能对动植物及外界环境甚至国家及全球造成不可预计的危害。在风险评估和病原微生物及实验室分级的基础上，各国多采用清单式管理方法在生物安全实验室建设、管理运作、实验室操作规范等方面制定安全标准、守则及操作指南对生物安全实验室予以指导（表1）。

表1 主要国家生物安全实验室安全管理条例Tab.1 Safety Management Regulations of Major National Biosafety Laboratories

2.1 美国

美国是高等级生物安全实验室建设最早的国家，同时也是BSL-4实验室数量最多的国家，在高等级实验室建设及相关实验室的生物安全规定和指南方面相对成熟。早在1974年美国CDC就发布了《基于危害的病因分类》，介绍了每种等级对应与处理具有相似危险特性传染性微生物相关风险的问题；同年10月，NIH发布《国家癌症研究所研究致癌病毒的安全标准》（NationalCancer InstituteSafetyStandardsforResearchInvolving OncogenicViruses），该标准中概述的安全措施旨在帮助研究人员减少致癌病毒的潜在暴露，并尽可能减少对工作环境的干扰，为所有使用致癌病毒的研究人员提供了操作规范［21］；1984年美国CDC首次发表《微生物和生物医学实验室中的生物安全》（BiosafetyinMicrobiologicaland BiomedicalLaboratories，BMBL）［22］，发表后迅速成为美国生物安全性实践和政策的基石。1993年BMBL第三版发布，着重针对实验室标准操作和实验室设计等问题进行描述，并将微生物对人的危险程度分为1～4级危险组在实验室操作中加以利用。1999年BMBL第四版发布，主要根据BSL-3和BSL-4实验室的设计和建造、新出现的传染病、与实验室相关的感染、传染性微生物的国内国际转移运输、生物恐怖活动等问题，在第三版的基础上进行了必要修改和补充。2001年9月，美国发生炭疽攻击，这促使美国政府进一步投入大量资金用于生物安全建设，2009年BMBL第五版（BMBL-5）发布［23］，对实验室生物安全性和风险评估提出了具体要求，其仍旧作为一份咨询文件，从生物安全的角度为包括BSL-4的生物医学和临床实验室安全工作的最佳做法进行了一定的规范，BMBL-5自发布后在国际上受到极大推崇，相关BSL-4实验室安全建设及工作建议规范延续至今，其连同WHO2004年发布的《实验室生物安全手册》（第三版）一起，被国际同行公认为实验室生物安全的“金标准”。此外，美国对于实验室的安全指南还包括发布的《生物危害主要防护：生物安全柜的选择、安装和使用》《实验室职业接触有害化学物质安全守则》等。

2.2 英国

英国长期以来将公共卫生列为国家安全问题的优先事项，1984年由英国健康与安全委员会任命的危险病原体咨询委员会（Advisory Committee on Dangerous Pathogens，ACDP）发布的《生物制剂的分类》（CategorisationofBiologicalAgents）作为一份指导性的文件，支持了《1942年健康和安全法》（HealthandSafetyatWorketcAct1942）和《1988年危害健康的物质控制法规》（Controlof SubstancesHazardoustoHealthRegulations1988，COSHH，现经修订），为之后BSL-4实验室安全建设和规定提供了基础，同时根据需求ACDP在对其进行几次修订后，现已有三个文件取代1995年第四版的《生物制剂的分类》，分别是针对BSL-2和BSL-3相关管理的《微生物隔离的管理、设计和操作》（TheManagement，DesignandOperationof MicrobiologicalContainmentLaboratories）、针对医疗领域的《生物制剂：实验室和医疗场所风险管理》（BiologicalAgents：ManagingtheRisksin LaboratoriesandHealthcarePremises）以及针对BSL-4实验室的《生物制剂：4级收容设施的原理、设计及运行》（BiologicalAgents：ThePrinciples，Design andOperationofContainmentLevel4Facilities）［24］。ACDP发布的《微生物遏制实验室的管理和运作》（ManagementandOperationofMicrobiological ContainmentLaboratories）和英国健康安全局（Health and Safety Executive，HSE）发布的《生物制剂：4级收容设施的原理、设计及运行》，对BSL-4实验室的健康和安全管理、设施和运行规则以及主要要求等进行了阐述和建议。同时，“实验室生物安保标准”、《2002年危害健康物质管制条例》（ControlofSubstancesHazardoustoHealthRegulations2002，COSHH）、《2008年特定动物病原体令》（SpecifiedAnimalPathogens Order2008，SAPO）、《根据危害和防护分类的生物因子的分类》等也在BSL-4实验室的物理防护要求、监督审查管理、人员安全培训等方面做了阐述并提供了建议。

2.3 加拿大

加拿大对实验室生物安全的关注也比较早，1977年加拿大医学研究委员会（Medical Research Council，MRC）出版《处理重组DNA分子、动物病毒和细胞的指南》［25］（GuidelinefortheHandlingof RecombinantDNA MoleculesandAnimalVirusesand Cells）对相关主题做了生物安全条例说明。1990年在实验室生物安全方面，MRC又与加拿大疾控中心实验室（Laboratory Centre for Disease Control）联合出版了《实验室生物安全指南》［26］（LaboratoryBiosafetyGuidelines），并分别在 1996年和2004年进行修订和完善。近年来，加拿大于2015年3月11日颁布《加拿大生物安全标准（第二版）》（CanadianBiosafetyStandard，CBS（Second Edition））［27］，更新了《加拿大生物安全标准和准则》（CanadianBiosafetyStandardsandGuidelines，CBSG），进一步将包含实验室生物安全指引等在内的相关内容进行了更新和统一。2016年5月26日《加拿大生物安全手册（第二版）》（Canadian BiosafetyHandbook，CBH（Second Edition））作为CBS的随附文件发布，对有关如何进行操作进行了阐述，以实现CBS中概述的生物安全及其要求，这是在加拿大处理或储存人类和陆生动物病原体和毒素的统一国家标准［28］，2018年8月17日加拿大公共卫生局（Public Health Agency of Canada，PHAC）和加拿大食品检疫局（Canadian Food Inspection Agency，CFIA）制定并发布《新型和新兴A型流感病毒的生物安全指令》（Biosafety DirectiveforNewandEmergingInfluenzaA Viruses）［29］，旨在帮助实验室确定合适的收容水平和其他生物安全要求，以安全处理怀疑或确认含有新兴的A型流感病毒的样品。这些指南及安全指令的发布确保了加拿大BSL-4实验室的安全使用，为国家生物安全提供了保障。

2.4 澳大利亚和新西兰

澳大利亚政府在实验室安全领域一直都很重视，自2005年以来在实验室规划和操作、化学、电离辐射、工厂和设备、（循环）通风柜以及微生物安全及防护等方面分别制定标准［30］予以规范。2010年9月17日澳大利亚和新西兰标准（Australian/New Zealand Standard）《实验室安全第三部分：微生物安全与防护》颁布［31］，该标准由澳大利亚/新西兰标准联合委员会（Joint Standards Australia/Standards New Zealand Committee）CH-026（实验室安全）制定，以取代AS/NZS2243.3：2002标准中相应部分，同时新标准对BSL-4和ABSL-4收容设施等提出要求。

2.5 国外其他国家

日本在1981年就建立了高等级生物安全实验室，自那时起对实验室安全相关的法律法规开始陆续出台实施［32］。从日本《传染病预防及传染病患者护理法》《传染病法》《关于使用转基因生物的条例》《重组DNA实验指南》《国立传染病研究所病原体等安全管理条例》等的出台与施行，可以看出日本实验室生物安全施行的是将与生物工程、生物技术以及病原体等与之相结合。俄罗斯在实验室生物安全领域的相关法规的制定与英美等国相比起步更晚，于2005年才通过《国家卫生条例》，由于俄罗斯曾多次发生实验室生物安全事故，因此国家更加重视实验室的生物安全，还出版了《俄罗斯生物安全术语》《英-俄生物安全和生物安保词典》等；此外，在生物和化学安全领域还制定了一系列相关法案（包括《确保俄罗斯联邦直到2010年及以后的化学和生物安全领域的国家政策基础》《关于联邦行政机构在确保俄罗斯联邦生物和化学安全领域的权力划分》《俄罗斯联邦化学和生物领域安全国家规划（2009—2014）》《俄罗斯联邦化学和生物安全领域的国家规划（2015—2020）》等）来建立“俄罗斯联邦国家生化安全系统”，确保包括与实验室生物安全在内等活动的实施。此外，欧盟指令2000/54/EC“高等级生物安全实验室工作人员生物剂暴露感染风险预防”、2009/41/EC“转基因生物应用”等也对欧盟相关国家的实验室生物安全活动做出了很多规定，瑞典还通过国家条例AFS 2005：01“病原微生物工作环境风险——感染、毒素作用及超敏感性反应”和AFS 2000：05“转基因生物的有限应用”进一步为相关安全监管提供指导。

2.6 中国

我国在生物安全实验室的建设与管理方面起步较晚。2002年，我国颁布了生物安全领域第一个行业标准《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》［33］；2003年 SARS疫情暴发，显现出我国在高等级生物安全实验室操作和管理等方面的巨大短板，直到2004年，我国首次发布与之相关的管理条例及国家标准：《病原微生物实验室生物安全管理条例》［34］（2018年修订）、GB50346《生物安全实验室建筑技术规范》［35］（2011年修订）、GB19489《实验室生物安全通用要求》（2008年修订）［36］，以及《国家高级别生物安全实验室建设规划》，对BSL-4实验室的建设、实验室感染控制以及监督管理等提出了具体要求并进行了规定，促使我国逐步推进实验室生物安全管理与实施建设。近年来，我国相继发布《高级别生物安全实验室体系建设规划（2016—2025）》（2016年）以及《中华人民共和国人类遗传资源管理条例》（2019年）等文件，建成且启用了最高等级（BSL-4）生物安全实验室——中国科学院武汉病毒研究所国家高等级生物安全实验室（2015年建成、2018年启用），并在应对新型冠状病毒肺炎疫情中发挥了重要平台作用，有效支撑了科技攻关需求。目前，我国已将生物安全纳入国家安全体系，实验室生物安全是其中重要方面之一。2020年2月15日，科技部介绍已出台《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》，要求加强对实验室特别是对病毒的管理，以确保公共卫生和生物安全。

3 对我国的启示与建议

在全球相互依存度日益上升的大环境下，人类卫生健康共同体的概念愈显凸出，强传染性的严重急性呼吸系统综合征（SARS）、中东呼吸综合征（MERS）以及新型冠状病毒肺炎（COVID-19）等人畜共患疾病的暴发，使各国愈发认识到国家生物安全尤其在BSL-4实验室生物安全方面的重要性。COVID-19在武汉的暴发使我国面临巨大的生物安全挑战，政府在COVID-19疫情蔓延后采取的一系列有效防控举措得到了联合国、世界卫生组织以及多个国家和地区的高度赞誉。而作为重要的发展中经济体，我国与其他国家相比在BSL-4实验室生物安全指南和建设数量上仍旧存在较大差距，在公共卫生和疾病防控体系建设方面发挥的作用尚不充分。

COVID-19疫情在全球范围内持续大流行，有些国家甚至一度出现医疗系统崩溃的情况，暴露出世界各国应对此次疫情的显著短板。COVID-19疫情全球大流行也警示我国要强化生物安全防控技术体系和法律体系建设。在生物安全技术体系建设方面，我国可以根据其他国家较早制定及出台的BSL-4实验室建设方面的相关成熟经验，取其精华，从法律法规体系完善、运行监督管理等方面加以借鉴。面对日益严峻的生物安全威胁，应从保护人民健康、保障国家安全、维护国家长治久安的高度，加大BSL-4实验室的建设力度，同时保障其安全有效运行，为此本文从国家在BSL-4实验室建设以及生物安全相关法律法规体系建设等方面提出以下几点建议：

1）加大与BSL-4实验室建设相关的生命科学及生物技术领域的学科建设投入，使大学和科研机构的重要生命科学研究单元在面对重大传染病疫情时能发挥关键作用，提高其在国家公共卫生安全研究与防控方面的参与度。例如，双一流高校及科研院所在生物医学方面人才相对集中，研究能力方面经验丰富，但若无BSL-4实验室或从事相关重大传染性疾病防控研究基础设施，仍无法在我国面临突发重大传染性疾病及公共安全等事件时做出较大的贡献。考虑到BSL-4实验室建设及维护的高成本投入和严格管理要求，或可先加强其在公共卫生和关键技术方面相关学科建设的支持，逐步建立和发挥其能力与优势。

2）加快对我国BSL-4实验室新设施的战略规划和科学布局，并合理调整我国BSL-3实验室区域结构。一方面在数量上，我国目前BSL-3实验室仅有80个［37］，直到2018年才正式运行首个BSL-4实验室，因此有必要增加公共卫生部门资金和人力投入，加快我国生物安全实验室设施体系建设步伐，在“十四五”期间实现“每个省份至少设有一家BSL-3实验室”的目标，依托有条件和有一定研究水平的医疗及研究机构，就近对BSL-3实验室进行布局，在科研力量雄厚和经济较为发达的省份地区、人口大省和外来流动人员密集的省份（如沿海地区经济强省、4大城市一体化经济圈内省份等），每个省或可考虑建立1～5个BSL-3实验室；应适时启动BSL-4实验室新设施的战略规划和科学合理的布局，力争在2050年我国BSL-4实验室数量及质量建设上能够得以强化，在4大城市圈一体化区域各规划建设1个BSL-4实验室。同时，还应注重高等级生物安全实验室的功能建设与提升，例如针对BSL-3实验室，应在分类建设和强化监管的原则下，根据各种领域需求建设病原体检测分析、疫苗检验、菌（毒）种保藏、病理解剖、科学研究和生产服务等功能的BSL-3实验室，与BSL-4实验室相互配合，以资源整合共享为基础，以“快、准、稳”的方式推进研究进程、以服务国家需求为目标，避免资源浪费。

3）加快促进我国生物安全法的制定与颁布实施，完善与BSL-4相关的法律体系，同时应明确政府部门、研究机构等在生物安全方面的权利与义务。我国目前已制定了部分与生物安全相关的法律法规，但有关生物安全的法律体系仍不健全，而且已有法律法规相互之间在实施方面缺乏有机协调，加快促进有关立法及其实施进程不仅是当前适时需要，更是应对我国未来其他重大突发传染性疾病防控的需要。在此背景下，2019年10月我国《生物安全法》草案首次提请全国人大常委会会议审议，聚焦包括实验室安全在内的生物安全领域主要问题，将填补相应法律空白。由于新型冠状病毒肺炎疫情的暴发，无论从立法、制度构建还是从BSL-4实验室发挥作用等方面，我国《生物安全法》的制定出台和颁布实施都更显紧迫。与此同时，与BSL-4实验室有关的其他相关法律规定的更新与构建也亟待完善，如细化对BSL-4实验室从业及管理人员的操作培训、相关设备的使用及维护等，细化分工，明确政府、相关部门、研究机构等的权利与义务显得尤为重要。

4）加强公众科普，重视BSL-4实验室建设的公众知情同意和相关环境影响评估工作，进一步做好流程化、规范化的管理，增强安全保障。以日本为例，日本国立传染病研究所于1981年就建立了BSL-4设施，但由于地方政府和公众持有反对意见，BSL-4实验室一直以BSL-3实验室运行。保护国家及公民的人身健康与安全是高等级生物安全实验室建设的一项重要目的，但BSL-4实验室的建设必须遵循与当地经济社会发展和环境生态保护目标相一致的原则，同时为避免部分公众有“邻避效应”担忧，应以“出城入园”为导向，尽量避开人口稠密的大城市中心地区，选择适当的地区进行BSL-4实验室的规划建设，规避邻避设施带来的负面效应，同时有必要加强对公众的科普，引导公众了解并正确理解高等级生物安全实验室建设的重要意义。此外，BSL-4实验室的运行和监管离不开国际合作，在全球相互依存度日益上升的大环境以及人类命运共同体的大背景下，通过加强国际学术交流与合作，可在政策和技术领域相互借鉴、取长补短，共同做好全球公共卫生治理、维护好人类共同家园。

附录