高等级生物安全实验室风险分析与发展建议

屈亚锦， 宋晓宇， 李泉霖， 孙洪磊， 韩 军

（中国农业大学动物医学院，北京 100193）

0 引 言

高等级生物安全实验室是开展重大传染病防治研究，培养重大传染病研究型优秀人才，保证国家生物安全的重要战略设施，是担当人类公共卫生安全命运共同体的重要基地，是国家科技创新体系的重要组成部分，更是国家生物安全能力建设的核心平台。高等级生物安全实验室作为大国利器，在防范人与动物重大新发、突发传染病中起到重要技术支撑和安全保障作用［1-2］。

1 高等级生物安全实验室概念

高等级生物安全实验室是生物安全防护水平为三级和四级实验室的统称。依据国家标准《实验室生物安全通用要求》（GB19489—2008）［3］及中华人民共和国卫生行业标准《病原微生物实验室生物安全通用准则》（WS233—2017）［4］等相关规定：生物安全三级实验室适用于能够引起人或动物严重发病，甚至致死性疾病的病原微生物或其毒素的研究，该类病原微生物比较容易直接或者间接在人与人、动物与人、动物与动物间传播，比如SARS-CoV-2，非洲猪瘟病毒等。生物安全四级实验室适用于通过气溶胶途径传播或传播途径不明、尚无有效疫苗或治疗方法的致病微生物或其毒素的研究，该类病原微生物能够引起人类或者动物非常严重疾病，以及我国尚未发现或者已经宣布消灭的病原微生物，比如埃博拉病毒、天花病毒等。

2 高等级生物安全实验室发展历史

2.1 国际发展历史

随着全世界对于病原微生物的认识不断深入，研究范围的逐渐扩大，实验室感染事件频发，欧美国家开始关注实验室生物安全问题。20 世纪60 年代，美国建造了第一个生物安全四级实验室——美国陆军传染病医学研究所生物安全实验室，主要从事生物战剂医学防护和军队传染病防护的战略、产品、信息、程序等开发研究［5-6］。随后英国、苏联、日本等国家开始建设生物安全实验室。随着世界范围内高致病性禽流感、严重急性呼吸综合征、埃博拉病毒病、中东呼吸综合征等新的烈性传染病和（或）新发突发传染病不断出现，尤其是2019 年新冠疫情全球大暴发之后，各国均加大了高致病性病原微生物的研究力度，加速建设高等级生物安全实验室。目前，世界上已经建成和正在建设的生物安全四级实验室的机构共有59 个，所属机构主要为政府机构、科研院所及大学［5］，分布于美国、英国、澳大利亚、瑞士、中国、德国、加拿大、法国、意大利、印度、捷克、日本、俄罗斯、瑞典、匈牙利、西班牙、荷兰、韩国、新加坡、南非、加蓬、科特迪瓦，其中美国是世界上拥有四级生物安全实验室数量最多、总面积最大的国家［6］。此外，美国还建有超过1 400 家生物安全三级实验室，在高等级生物安全实验室建设领域居于全球领先地位［7］。

为降低高等级生物安全实验室泄漏风险，提高实验室管理水平，世界各国均加强立法，在生物安全实验室建设、运行管理、操作规范等各个方面制定安全标准、守则及操作指南等，对高等级生物安全实验室实施规范化管理。据不完全统计，美国、英国、加拿大、德国、印度、日本、俄罗斯等国家共出台了60 多部与生物安全实验室管理领域相关的政策制度文件，特别是美国建立了由多部门共同监管的体制，形成了健全的实验室生物安全法治体系，并将实验室生物安全上升到国家公共卫生安全的高度［8］。

2.2 国内发展历史

1987 年军科院建造了我国第一个生物安全三级实验室，用于研究流行性出血热。20 世纪90 年代末期，我国开始从国外引进生物安全三级实验室建设技术，建造了一批生物安全三级实验室以进行艾滋病方面的研究［9-10］。2003 年SARS 疫情发生后，我国新建一批生物安全三级实验室用于开展SARS 病原研究。近年来，随着国家对高等级生物安全实验室建设投入力度增加，我国高等级生物安全实验室建设得到了迅速发展。2016 年11 月，国家发展和改革委员会、科技部联合发布了我国《高级别生物安全实验室体系建设规划》（2016—2025）［11］，《规划》明确了高级别生物安全实验室体系建设规划的重要性，提出了我国高等级生物安全实验室建设的发展目标，列出了高等级实验室建设的具体的重点任务，包括四级实验室的建设规划和三级实验室的监管、运行要求。截至2020 年10月，我国通过科技部建设审查的生物安全三级实验室共有81 家，主要分布于疾控系统、科研机构或高校，正式运行的生物安全四级生物安全实验室有3 家，分别为中国科学院武汉国家生物安全实验室，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所国家动物疫病防控生物安全四级实验室［12］和中国医学科学院医学生物学研究所国家昆明高等级生物安全灵长类动物实验中心。

自2003 年以来，我国加强了对病原微生物实验室的规范化建设和法制化管理。2004 年，我国第一部关于实验室生物安全的国家标准《实验室生物安全通用要求》（GB19489—2004）颁布实施［13］。随着国标、行标、规划、条例陆续修编或实施，生物安全实验室的建设和管理体系也逐步完善。2019 年新冠肺炎疫情发生后，生物安全实验室再次成为全球的焦点。2021 年4 月15 日，我国正式颁布实施《中华人民共和国生物安全法》［14］，不仅从宏观上明确了生物安全在国家安全体系中的重要地位，而且在微观上为生物安全实验室的管理提供了全面的法律支撑。

3 高等级生物安全实验室风险分析

3.1 主要风险点

3.1.1 实验人员意外感染风险

实验人员在实验过程中由于操作不慎或未按照标准操作规程进行或个人防护意识淡薄等原因，被针头、手术刀或碎玻璃刺伤等意外事故引发感染［15-19］。在进行动物实验操作的过程中，出现实验动物逃逸［20］，实验操作人员被实验动物抓伤、咬伤以及接触实验动物的排泄物、分泌物或体液等，都有造成意外感染的风险［21］。

3.1.2 安全防护设施设备故障风险

高等级生物安全实验室中设施设备风险通常由于人为因素、管理问题或意外情况发生。如果实验室运行管理过程中对生物安全柜、送排风系统、动物饲养装置、压力蒸汽灭菌器、污水处理系统等关键防护设备性能的检测不严格，未能及时发现故障，可能造成病原外泄，危及实验室工作人员和周边公众安全，造成严重的影响［22-23］。

3.1.3 病原体使用、储存、运输过程中泄漏风险

在处理实验室废气、废水、固体废物的过程中受各种因素的影响导致处理结果不符合灭菌标准或者在处理过程中发生感染，例如过滤器安装不正确、高温高压灭活不彻底、高效过滤器滤膜受损等，都会对周围环境和工作人员产生潜在风险。出现火灾、水灾、地震等自然灾害时，实验室保存的感染性物质可能存在泄漏风险。工作人员对样品不熟悉造成误传［24-28］，或在样品的传递过程中，防护措施不到位导致病原体泄漏、丢失或遗忘等风险［29-30］。

3.2 可能危害程度

高等级生物安全实验室生物安全问题是国家安全重要的一部分，不仅涉及实验室实验操作人员及工作人员的个人健康，一旦发生事故，很有可能给人或动物带来危害，给社会带来恐慌。许多病原微生物在外界环境中具有一定的生存能力，且保持一定的感染能力，尤其是在固体、液体废物等环境中病原微生物如果处理不当有可能成为传染病暴发的源头，对周边生态环境和经济活动产生严重后果或潜在的风险，影响国家政治、经济安全、人民健康等一系列的问题。

3.3 危害范围

如果能在事故发生第一时间开展相应的处置措施，病原体泄漏风险在可控范围内；如意外泄露后未能及时发现处理，造成一定范围的扩散，甚至造成人员或动物的感染，往往对社会危害影响较大。

4 我国高等级生物安全实验室发展建议

4.1 加强组织管理

高等级实验室生物安全管理涉及工程、机械、生物、医学等多个学科，各管理机构间职能交叉。应加强管理机构间的协调配合，进一步明晰各管理部门在综合性交叉问题上的职责，形成各司其职、高效衔接配合的工作格局。在部门职责尚未明确界定之前，应成立跨学科、跨部门的专家咨询与指导组委会，以确保对交叉性实验室生物安全问题的准确评价。

4.2 加强监管和培训

我国生物安全实验室管理的审批流程是以病原微生物危害防控为目标导向，兼顾全过程控制的管理模式，通过各个相关部门的共同努力，国内现已建立了高等级生物安全实验室认证认可规则和准则，从项目立项、审查、环评、建设、认可、资质批复、监督评审、复评审等一整套的监督管理流程。应定期与不定期地抽调监察员对已通过认证认可的实验室进行巡检和监察，加强实验室硬件的定期检测，逐步提高软件的规范化管理，促使实验室管理人员以及实验操作人员严格按照生物安全相关标准规范管理及操作。

加强实验操作人员的准入管理，开展有效的岗位培训，定期培训实验人员的操作技能，考核管理人员的业务能力，严格执行实验申请制度。建设模拟实验室，加强模拟演练，确保实验操作人员在正式开展实验前可以达到一定的熟练程度。实验操作人员必须经过严格操作培训且经考核合格后并在有丰富经验的实验操作人员指导下开展相关实验。同时制定应急预案，定期组织演练，做好风险评估等，尽量减少生物安全事故发生，发生意外后，能够得到正确处置。

4.3 加大资金投入

由于高等级生物安全实验室内所进行的高致病性病原微生物的研究多用于基础科研探索，并不能直接产生经济效益和商业价值，高等级生物安全实验室的建设和运行经费基本都来自政府拨款，导致实验室的经费保障比较有限。因此，国家应进一步加大科研投入力度及部署专用经费予以支持，鼓励企业以及社会其他资金参与高等级生物安全实验室的建设，加大对高等级生物安全实验室的投入，以多渠道、多元化、多层次的方式筹集高等级生物安全实验室运行所需资金，形成多元化的经费来源体系。

4.4 加强专业化人才队伍建设

生物安全实验室的建设和管理是一个交叉领域，国家应加强实验室生物安全领域科研投入、学科建设及人才培养。设立实验室生物安全专业，加强相关学科建设发展和本科、研究生阶段的专业设置及课程建设，培养既懂工程技术又懂病原微生物的复合型人才，选择性地在部分院校和科研院所设立生物安全专业，确保生物安全专业人才的稳定输出。加强重要岗位人员的出国培训学习以及吸引国外优秀人员回国工作创业，支持引进高等级生物安全实验室装备研发与管理相关技术方面的人才。

4.5 加强关键防护设施、设备研发

目前，高效过滤器、生物安全柜、动物隔离饲养装置等关键防护设备多为进口产品，应加速关键防护设备的国产化，降低关键零部件的进口依赖，降低设备设施的维护检修难度，将设备故障风险降到最低。顺应信息智能化发展的需要，提升设备的自动化和数字化水平，完善实验室信息管理系统，实时监测设备运行状态及使用年限，从功能技术保障方面实现科学化管理。

4.6 完善高等级生物安全实验室体系建设规划

在新冠肺炎疫情中充分暴露出我国现有实验室在数量上不能满足应对大规模公共卫生事件的需求。我国高等级生物安全实验室存在数量少，布局不合理、区域分布不均等问题。应考虑我国地域、环境、经济发展、行业均衡性等因素，合理布局、由点到面形成全国生物安全实验室网络化分布，合理分配资源，充分利用现有高等级生物安全实验室设施，推动共享机制形成并提高使用效率，形成布局合理、定位明确、分工协作的国家高等级生物安全实验室体系。

4.7 加快智慧化高等级实验室建设

传统的实验室灵活度低、备灾性差、溯源性差、风险响应慢、可操控性低、数据安全性低、管理效率低、运行消耗高。国家发改委、科技部《高等级生物安全实验室体系建设规划（2016-2025）》［11］中提出要充分把握新形势下经济社会发展的新要求，加快建设合理布局、功能完善、统筹管理、高效运行的国家高级别生物安全实验室网络体系。智能化和智慧化，已经成为当今世界不可阻挡的时代潮流。加速建成具有安全性、自主性、系统性、便捷性、溯源性、拓展性、节能性的智慧化高等级生物安全实验室。

4.8 共享合作机制

我国的高等级生物安全实验室在卫生、国防、中科院、高校和企业等诸多系统，使生物安全体系既有薄弱环节又有重复布局，导致部门之间、系统之间协同性不强、融合度不高。应大力推动各方资源的共享合作机制，促进生物安全资源的有机整合，提升现有高等级生物安全实验室战略作用。

4.9 加强公众科普

高等级生物安全实验室的建设是为了更安全的开展病原微生物研究工作，能够最大限度降低病原污染的风险。有必要加强对公众的科普，邀请传染病学领域专家或高等级实验室工作人员为公众传授和普及有关高等级生物安全实验室的相关知识，降低对高等级实验室的恐惧感和神秘感，引导公众了解并正确理解高等级生物安全实验室建设的意义。

4.10 加强国际合作交流

在人类命运共同体的大环境背景下，迫切需要进行国际合作，增进信息共享。通过加强与国外生物安全实验室、科研机构、相关企业的国际学术交流与合作，可在政策、实验室生物安全管理和技术领域等方面相互借鉴、取长补短。对有高等级生物安全实验室建设和使用等方面需求的国家，根据需求，提供技术、人员或可移动高等级生物安全实验室，共同做好全球公共卫生治理、维护好人类共同家园，从而更好地实现人类命运共同体和人类卫生健康共同体。

4.11 制定生物安全战略

依据新冠疫情的全球暴发及流行形势，为保证我国人民群众的生命财产安全，预防新发突发高致病性传染病的威胁以及国外高等级生物安全实验室存在带来的潜在风险，我国必须重视生物安全问题，部署相关对策，密切关注国际生物安全领域的动态，收集相关资料，加强边境及口岸地区防范生物安全威胁意识，做好风险评估，制定并完善应急预案，以免受可能来自其他国家生物安全的威胁。

5 结 语

高等级生物安全实验室作为公共卫生科学研究和国家生物安全的基本支持平台，在生物安全防御和响应中发挥着至关重要的作用。我国高等级生物安全实验室的建设及使用虽然已经进入了新的发展阶段，但还存在一定的问题，为促进高等级生物安全实验室建设平稳健康发展，需要综合分析，多方面同时推进，加快高等级生物安全实验室建设，建立高等级生物安全实验室体系，加强合作与交流，同时加强高等级生物安全实验室的监管与科普宣传，继续推进高等级生物安全实验室在我国传染病防控研究和国家生物安全防御体系建设中作出更大的贡献。