生物安全背景下高校微生物实验室改革探索

李倩如 京舒婷 兰文波 廖芳芳 唐美军

摘要 微生物实验室是高校开展微生物实验的重要场所，目前，社会对生物安全给予了高度重视，对高校微生物实验室潜在的生物安全风险关注与日俱增。文章根据生物安全的要求，剖析了高校微生物实验室在管理制度、设施设备、职责划分、生物安全意识方面的现状及存在的问题，并从健全管理体系、加强培训考核、加大设施设备投入和结合虚拟仿真技术方面提出了具体建议，以期对高校微生物实验室管理改革提供一些借鑒。

关键词 生物安全；微生物实验室；现状和问题；改革

中图分类号：G482文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.020

20世纪50年代，美国率先提出了实验室生物安全的概念[1]，虽然我国相较于发达国家起步较晚，但随着社会的发展、经济水平的提高，生物安全在我国逐渐得到重视。随着《中华人民共和国生物安全法》的制定实施，生物安全作为国家安全的重要组成部分[2]，被提升到了国家战略地位。

微生物实验课程是大多数综合性高校开设的基础实验课程，其涉及医学、食品、环境、农林等多个专业[3]。微生物实验课程不同于一般的实验课程，不但存在普通理化实验均有的试剂、仪器等常见危险因素，当涉及病原微生物时，还存在一定的生物安全隐患[4]，稍有不慎就可能会引起群体性生物安全事故，并且高校实验室还普遍存在实验人员流动性大、实验技能不熟练、实验环境不熟悉等问题[5]。因此，高校微生物实验室需得到足够的重视，微生物实验室管理和课程教学需不断进行改革探索。

1高校微生物实验室现状及存在的问题

随着国家对高校总体建设投入的不断提高以及涉及微生物实验课的专业数量增加，开设微生物实验室的院校逐年递增。与此同时，微生物实验室配套的教师数量增速却相对较低，实验室设施设备方面投入力度不够。量与质的发展不同步，导致微生物实验室在多方面存在不同程度的问题。

1.1管理制度不够健全

由于微生物实验室的特殊性，需建立相应的微生物实验室专门管理制度。目前，大多数高校由于专职实验老师数量较少，普通实验室的日常管理已有缺位现象，而要求更高的微生物实验室管理更是较难达到规范水平。微生物实验室要求有菌种管理制度、实验室安全管理制度、培养试剂管理制度等，但现状是部分高校相应的制度不完善，比如未建立专门的微生物实验室生物安全管理制度。有些高校虽然已建立实验室相关管理制度，但是存在制度落实不到位的现象，对实验室管理和生物安全风险规避并未真正发挥实效。

1.2设施设备不齐全

按照《病原微生物实验室生物安全管理条例》要求，禁止一级、二级生物安全实验室开展高致病性或疑似高致病性病原微生物实验活动[6]，对人体有潜在危险的致病微生物应在生物安全二级实验室内操作。但由于高校实验室空间普遍较为紧张，很难单独为微生物实验室划分出与《生物安全实验室建设技术规范》（GB50346-2011）相符合的区域。现实情况是微生物实验室与理化实验室混用的情况较多，部分高校即使有单独的微生物实验室，也很少能达到开展高致病性病原微生物实验时所需的清洁区、缓冲区、污染区等区域划分要求。

同时，微生物实验室设备配备不齐全、老化现象明显。设备老化可能会导致达不到实验要求，比如实验前期准备和后期灭菌所必需的高压灭菌锅、紫外灯老化现象较多，这可能会使实验受到杂菌污染，影响实验结果。需特别指出，高压灭菌锅的操作人员按要求应取得相应的特种设备操作证并在4年有效期内及时换证，但无证、无资质操作现象在高校中较为常见。

1.3职责划分不明确

微生物实验室管理职责较多，需要细致划分权责，责任到人。目前部分高校存在菌种保存不当、化学试剂存放不当、特种设备管理不当等情况。具体情形如无存放菌种的专用冰箱，或者无存放病原微生物菌种要求的专用超低温冰箱；化学试剂特别是危险化学试剂无专人专锁保存；特种设备如高压灭菌锅无专人管理；无菌室、超净工作台、生物安全柜无专人定期清洁、灭菌等。

1.4生物安全意识较弱

微生物课程属于基础课程，一般会将微生物实验课安排在本科一、二年级进行教学[7]。虽然在正式开展微生物实验课之前会进行理论课教学，强调生物安全的重要性和实验中的风险点，但具体开展微生物实验后，由于学生人数较多，微生物实验室条件有限，还是会存在不按照实验规程操作的情况。部分学生认为环境中本来就存在微生物，对致病性微生物未能引起足够重视，导致实验前后灭菌等处理省略不做的情况时有发生。

2高校微生物实验室改革探索

2.1建立健全生物安全管理体系

在组织建设方面，学校可从校领导层起从上至下建立一整套生物安全组织体系。可参考浙江大学现行模式，成立学校生物安全管理工作小组[8]，由校领导担任小组的主任、副主任，实施“学校―学院―实验室”分级安全管理责任制体系。通过此体系，既可快速准确传达校领导层关于生物安全方面的决策意见，又可将微生物实验实际教学管理中的问题和生物安全隐患及时向上传递，争取在不利局面产生或扩大之前得到解决。

在体系文件方面，需要建立较为全面且行之有效的管理制度体系文件。可将通用实验室管理文件与微生物实验室的特殊性要求相结合，制订包括质量手册、程序文件、作业指导书和记录格式在内的管理制度体系文件，并每年定期由管理层组织管理评审、质量负责人组织内审，以验证体系文件的有效性和实用性，及时纠正管理中存在的偏差。

2.2加强生物安全培训和考核

学校要大力培育高校生物安全方面人才队伍的建设。对于微生物实验室相关的教师需要定期进行培训，包括但不限于生物安全法的解读、微生物实验室管理体系文件宣贯、特种设备的使用和日常维护等。同时，建立生物安全全流程考核机制，定期对微生物实验室管理者和教学人员进行考核，如实验前的准备工作是否到位、生物安全柜的使用是否规范、病原微生物的实验操作步骤是否正确、生物废弃物的处置是否合理等，确保考核合格后才能上岗，考核结果与年底绩效考核以及评先评优挂钩。

对于会使用到微生物实验室、接触病原微生物的学生进行培训。除了微生物实验的理论教学外，平时可进行生物安全法校内宣讲、开展生物安全方面的知识讲座、举行微生物实验室开放日活动、防护服等生物安全防护用具的演示体验课等。同时，可定期开展生物安全事故应急演练，让同学们清楚发生生物安全事故后应该怎样正确处理，按照应急方案沉着冷静地处理风险点，避免安全事故的扩大。

2.3加大生物安全防护设施设备投入

微生物实验室由于其特殊性，需要配备一定的防护设备才能保障实验的顺利进行。对于普通病原微生物实验，一般要求在二级或者二级以上生物安全实验室内进行，而如病毒核酸的检测实验室要求更高，理想为负压环境，且须设置排风处理系统，防止提取核酸时可能产生的气溶胶危害实验人员和污染外界环境。生物安全柜、高压灭菌锅、紧急冲淋设备、护目镜、防护服等要按需配备。同时还需配有用以处理生物废弃物的设施设备，以免对环境和人员造成污染。

2.4利用虚拟仿真技术创新教学方式

虚拟仿真实验教学是依托于虚拟实验人机交互多媒体等技术，构建出高度仿真的虚拟实验环境[9]。

2.4.1虚拟仿真技术应用于微生物实验教学中的优点

不受场地、设施设备的限制。高校所配备的生物安全实验室数量有限，但开展微生物实验课的专业较多，大部分同学没有足够的时间进行一次完整的微生物实验操作，少数同学甚至没有在生物安全柜中操作过。利用虚拟仿真技术可以不受场地限制，让学生身临其境地进行微生物实验操作。

避免潜在生物安全风险。病原微生物实验特别是高致病性病原微生物实验都存在一定的生物安全风险，若采用虚拟仿真技术，既可避免现实中实际接触病原微生物，营造无生物污染的微生物实验环境，又能让同学体验微生物培养、分离、鉴定等实验操作。

调动学生学习的积极性[10]。以往由于实验课的严肃性，课堂气氛较为拘谨低沉，但利用学生对于虚拟仿真技术的好奇，可以充分调动学生学习的积极性和能动性，带给学生沉浸式的微生物实验学习体验，是一种自主自助式的教学方式。

2.4.2虚拟仿真应与实操交互联动，实现“线上+线下”良性互动

虚拟仿真技术的确有诸多优点，但仍不可替代实操教学，最优教学方案是以现实实验室操作为主，虚拟仿真技术为辅。在课程设置方面，需充分考虑到线上、線下课程的优缺点，本着“能实不虚，以虚补实”的原则进行课程安排。实验内容较为简单，实验条件较充足，属于基础性需掌握的知识点时可进行实操教学，如微生物形态学实验、革兰氏染色实验、菌落总数平板计数等；而涉及要求在生物安全二级实验室或生物安全柜操作的对实验场地要求较严格的内容时可考虑采用虚拟仿真技术进行教学，如病毒毒力因子测试实验、病毒分离培养实验、毒动力学实验、遗传学实验和综合性实验等。

3结语

随着经济全球化水平越来越高、世界交往越来越频繁，流行病等生物安全问题大规模暴发的可能性与日俱增，我们仍然需要持续关注生物安全，对生物安全方面的研究亟待加强。高校微生物实验室是生物安全课题研究的孵化点，对其进行改革创新可为微生物研究创造更好的条件、营造更好的氛围，同时也能科学地规避其潜在的生物安全风险，促进高校微生物实验室良性发展。

基金项目：湘南学院2022年校级教学改革研究项目“生物安全背景下高校微生物实验室改革探究”；湘南学院校级教改项目“生物安全背景下的公共卫生学院实验室教学改革探索”（湘南学院校发〔2020〕78号）；湖南省普通高等学校教学改革研究项目（HNJG-2020-0920）；郴州市科学技术局“郴州市环境微生物资源保护与利用技术研发中心”；郴州市科学技术局“郴州市应用数学成果转化技术研发中心”；郴州市科学技术局“郴州市重金属污染健康风险评估技术研发中心”。

参考文献

[1]刘琦，卢耀勤，刘涛.国内外生物安全实验室的研究进展[J].职业与健康，2021，37（12）：1724-1728.

[2]全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国生物安全法[Z]. 2020-10-17.

[3]陈钢，吕春芳，贾然然，等.高校微生物教学实验室安全管理现状及对策[J].中国现代教育装备，2022，397（21）：45-47.

[4]吕岫华，刘伟，刘巧丽，等.微生物教学实验室生物安全的探索与研究[J].中国教育技术装备，2011（30）：91-94.

[5]梁冰玉，刘洁，农清清，等.医学高校科研实验室的生物安全管理[J].内科，2021，16（2）：258-260，263.

[6]刘华，王维，江定丰，等.安徽省动物病原微生物实验室生物安全管理[J].中国动物检疫，2022，39（5）：61-65.

[7]潘越，吴林根.高校微生物教学实验室的安全管理探讨[J].安全与环境工程，2018，.25（4）：119-122.

[8]金海萍，胡凯，樊伟，等.新形势下高校病原微生物实验室安全管理探索[J].实验室科学，2022，25（3）：207-209，212.

[9]熊宏齐.虚拟仿真实验教学助推理论教学与实验教学的融合改革与创新[J].实验技术与管理，2020，37（5）：1-4，16.

[10]王艳凤，赵国星，刘畅，等.虚拟仿真技术助力下的“医学微生物学”实验课程教学方案设计和实践[J].微生物学通报， 2021，48 （1）： 295-305.