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    國內外高級別生物安全實驗室標準和建設概況

    • 作者:
    • 中國暖通空調網
    • 發布時間:
    • 2020-01-03

    中國建筑科學研究院 張彥國
    國家衛生計生委 曲怡然

           【摘  要】介紹了國內外高級別生物安全實驗室的標準和建設情況,包括高級別生物安全實驗室的定義、分類、相關標準規范、建設概況,并從重大傳染病防控、生物反恐、生物技術研究等方面,進一步說明了高級別生物安全實驗室建設和國家安全的密切相關性。

           【關鍵詞】高級別生物安全實驗室  分類 標準規范 建設 安全

    Abstract:This paper introduces the standards and construction of international and domestic high-level biosafety laboratories, including the definition, classification, standards and situation of international and domestic laboratories, describe the close relevance of high-level biosafety laboratory and national security according to major infectious disease prevention and control, biosecurity, biotechnology research and so on.
    Key words:high-level biosafety laboratory, classification, standard, construction situation, safety 

    0 引言

           生物安全實驗室是從事病原微生物實驗活動的場所。日益全球化的今天,各種烈性傳染病的傳播變得越來越容易,危害越來越嚴重,比如2003年的SARS、近幾年的“埃博拉”等。因此,必須構筑堅固的防線抵御威脅,生物安全實驗室就是這道防線的重要組成部分。

           按照實驗室處理的有害生物因子的風險,國際上將生物安全實驗室分為四級,一級風險最低,四級最高,把三、四級生物安全實驗室定義為高級別生物安全實驗室。高級別生物安全實驗室的建設越來越受到各個國家的重視,只有具備這樣的硬件設施,才有可能進行高致病生物因子的研究,才能具備防范、控制重大疫情傳播的能力。生物安全實驗室的建設水平,代表一個國家在生物、疾控、醫療、動物疫控等領域的發展水平,關系到國家安全。

    1 生物安全實驗室分類

           生物安全實驗室一般分為細胞研究實驗室和感染動物實驗研究實驗室,國際上通常分別用BSL和ABSL表示,高級別生物安全實驗室通常表示為BSL-3,ABSL-3,BSL-4和ABSL-4。四級生物安全實驗室是國際上防護等級最高的實驗室,在我國相關標準中規定,四級實驗室適用于操作能夠引起人類或者動物非常嚴重疾病的微生物,以及我國尚未發現或者已經宣布消滅的微生物。

           根據病原微生物的風險評估和防護屏障,四級實驗室通常分為安全柜型實驗室(cabinet laboratory)和正壓服型實驗室(suit laboratory)2種。安全柜型四級實驗室設置Ⅲ級生物安全柜,通常按照不同功能串聯成序列(cabinet lines),所有的有害因子操作都在完全封閉的Ⅲ級生物安全柜中操作,實驗人員不需要穿正壓防護服,不需設置生命支持系統。由于一些有害因子無法完全封閉在生物安全設備中,比如進行大型動物實驗,需要建設正壓服型四級實驗室,進入實驗室的操作人員必須穿著由生命支持系統供氣的全身式正壓防護服,整個核心工作間相當于一個封閉的Ⅲ級生物安全柜;同時,需要設置生命支持系統和化學淋浴系統,這種實驗室建設復雜,成本高。國際上安全柜型的四級實驗室應用較多,近些年隨著技術的發展,正壓服四級實驗室建設逐漸增多,比如我國新建設的幾個四級實驗室都采用正壓服型式。

    2 生物安全實驗室相關標準規范

           2.1 世界衛生組織WHO手冊

           世界衛生組織2004年發布了第3版《實驗室生物安全手冊》(以下簡稱WHO手冊)。WHO手冊是唯一有中文版的國際標準,1983年出版了第1版,1993年修訂為第2版,第3版是最新版。手冊共9部分,在第一部分 生物安全指南中,第4,5,6章分別介紹了高等級生物安全實驗室的設施和設備要求。與WHO其他各類手冊、指南一樣,其使用范圍包括全球經濟不同發展程度的國家,因此,WHO標準提出的是最基礎、最簡單的要求。

           在第1章《總則》表3中,列出了對各級實驗室設施的基本要求,其中四級生物安全水平對設施方面的要求有:實驗室要隔離、房間能夠密閉消毒、維持向內的氣流、可控的通風系統、高效過濾器HEPA過濾排風、雙門入口、氣鎖、帶淋浴的氣鎖、污水處理、雙扉高壓滅菌器、生物安全柜、人員安全監控條件。

           2.2 美國BMBL-5標準

           美國CDC(Centers for Disease Control and Prevention)等組織2009年發布了《微生物和生物醫學實驗室的生物安全》第5版(《Biosafety in microbiological and biomedical laboratories》(5th Edition,以下簡稱BMBL-5)。美國是高級別生物安全實驗室建設最早、最多的國家,經驗豐富,因此BMBL-5受到國際社會的推崇,甚至被一些業內人士稱為生物安全實驗室建設的“圣經”,在我國的相關標準的編制和修訂過程中,借鑒了相關內容。BMBL-5共8章,12個附錄,在第4章和第5章中,介紹了高級別實驗室的設備和設施要求,BMBL-5目前正在修訂,不久會有新版本推出。

           2.3 英國HSE標準

           英國健康安全局HSE(Health and Safety Executive)發布的《The management, design and operation of microbiological containment laboratories》(2001)和《Biological agents ——The principles, design and operation of containment Level 4 facilities》(2006)(以下簡稱英國標準),與BMBL-5標準一樣,并不是強制標準。第一個標準對二、三級實驗室(在英國稱為CL2和CL3)的建設和運行管理提出要求;第二個標準對四級實驗室(CL4)的設施設備的建設和運行管理提出要求。

           2.4 澳大利亞和新西蘭標準

           AS/NZS 2243.3:2010《Safety in laboratories——Part 3: Microbiological safety and containment》(以下簡稱澳新標準)是澳大利亞和新西蘭聯合頒布的。澳新標準共13章,8個附錄,在5,6章中分別對三級,四級實驗室(稱為PC3和PC4)和三級,四級動物實驗室(Animal PC3和Animal PC4)的設備設施有具體要求。

           2.5 加拿大政府標準

           加拿大政府2015年頒布了《加拿大生物安全標準》第2版(以下簡稱CBS標準),2016年頒布了《加拿大生物安全手冊》第2版(以下簡稱CBH手冊)。加拿大的生物安全標準是先進國家標準中最新的,也是要求最嚴格的標準。CBH手冊是在加拿大處理、保存人類和陸地動物病原體和毒種的國家指導性文件,是CBS標準的配套文件,在手冊中詳細規定了實驗室的物理防護、運行操作、性能驗證方面的要求,其中專門針對CL4級實驗室的要求約有100條。

           2.6 我國生物安全實驗室標準

           SARS之后,為適應生物安全實驗室的建設需求,中國建筑科學研究院于2004年主編了我國第一個生物安全實驗室建設規范——GB 50346-2004《生物安全實驗室建筑技術規范》,目前該規范最新版本是2011年版。2004年,中國合格評定國家認可中心(CNAS)會同有關單位,編制了GB 19489-2004《實驗室 生物安全通用要求》,規定了實驗室從事研究活動的各項基本要求,包括風險評估及風險控制、實驗室生物安全防護水平等級、實驗室設計原則及基本要求、實驗室設施和設備要求、管理要求,目前,GB 19489最新的版本是2008年版。國務院于2004年11月頒布了第424號令《病原微生物實驗室生物安全管理條例》,規定了我國生物安全實驗室的分類管理、設立與管理、感染控制、監督管理、法律責任等一系列管理要求。近幾年,針對新型實驗室的出現,CNAS主編起草了認證認可行業標準《移動式生物安全實驗室評價技術規范》,目前該規范正在征求意見。

    3 國際上高級別生物安全實驗室建設概況

           對于三級生物安全實驗室,由于應用廣、數量多,涉及部門眾多,無法統計出實際數量。2011年,在美國CDC及代理機構注冊的三級實驗室,從2004年的415個增加到1495個[1],增長很快。四級實驗室則數量有限,目前有能力建設的通常是發達國家,其數量尚可粗略估計。國際上已經公布了的四級實驗室約有50個,建設最多的是美國,約有12個;其次是英國,約有9個;此外,德國有5個,法國3個,澳大利亞3個,瑞士3個,印度3個,日本2個;阿根廷、俄羅斯、加拿大、加蓬(法國援建)、捷克、南非、瑞典、匈牙利、荷蘭、奧地利、中國臺灣各有1個。我國宣布已建成1個四級實驗室,位于中國科學院武漢病毒所。

           筆者曾經在互聯網上,找到過一張美國高級別生物安全實驗室的建設分布圖,如圖3.1,標示出美國在建和計劃建設的高級別生物安全實驗室,由這張圖可以粗略了解美國高級別實驗室的規劃建設情況,在今年訪問歐洲時,見到一位專家展示的新版本,其中很多已經發生了變化,一些已建成,一些重新規劃。

    圖1 美國早先的生物防御計劃:高級別防護實驗室和設施規劃

           美國的生物安全發展經歷了幾個階段:2001-2003年,經歷了“9.11”事件后,美國把生物防御(Biodefense)作為重點,用以應對可能發生的生物恐怖事件;2004-2014年,隨著SARS等新發傳染病的出現,美國拓展了生物防御范圍,防御重點包括生物恐怖和新發傳染病,高級別實驗室和管理體系的建設得到發展;2015年 左右,美國已初步形成了比較完善的管理框架,于是生物安全的重點擴大到了了健康安全(Health Security),這個健康安全框架包括多方面的內容:生物防御、輻射與核安全、化學安全、流感與新發傳染病、多重威脅應對和設施能力建設等;最近,美國正在進一步建立完善其健康安全體系,其中已把“生物防御”問題改為“生物安全”,其生物安全的重點由最初的“生物防御”轉變為社會民生領域的“健康安全”。

           美國及各國高級別生物安全實驗室不斷興建的同時,其安全問題也引起各方的關注,高級別實驗室建設的必要性和安全性受到質疑,其數量和規模應得到有效監管和控制。

    4 我國的高級別生物安全實驗室建設

           我國的高級別生物安全實驗室建設,歷經十余年的經歷,從幾乎一片空白,到今天已經初具規模和體系。作為生物安全保障最重要的硬件設施,生物安全實驗室的建設在最近十幾年中取得了前所未有的發展。截至2017年,我國已有近百個高等級生物安全實驗室建成,其中通過CNAS認可的三、四級實驗室有55個,另外還有移動式的生物安全實驗室,但位置和行業領域并不均衡。前文所述,美國2011年注冊的三級實驗室已達到1495個,我國的實驗室建設和管理工作還有很長的路要走。

           在高級別生物安全實驗室工程設計、建設方面,可以完全依靠國內技術力量,實現國產化,雖然和發達國家在細節上還會有一定差距,但技術指標已經能夠完全達到國際和國內各種標準的要求。目前的短板是在一些生物安全設備上,國產產品的技術水平和可靠性還需進一步提高,一些大型設備,比如符合生物安全需要的大型滅菌設備、動物尸體處理設備、污水處理設備等,目前尚處于試制研發階段。

           2016年11月,國家發展和改革委員會、科技部聯合發布了我國《高級別生物安全實驗室體系建設規劃》(2016-2025)(以下簡稱《規劃》),《規劃》明確了高級別生物安全實驗室體系建設規劃的重要性,總結了已經取得的建設成果,也總結了實驗室建設、管理方面的種種不足,提出了近些年我國高等級生物安全實驗室建設的發展目標,列出了高等級實驗室建設的具體的重點任務,包括四級實驗室的建設規劃和三級實驗室的監管、運行要求。

    5 結語

           隨著新型病毒菌種的不斷出現、生物科技的飛速發展、生物反恐形勢的日益嚴峻,高級別生物安全實驗室會持續發揮關鍵作用。對于我國,一方面高級別實驗室建設還有很大發展空間,另一方面必須認識到,生物安全實驗室是一把雙刃劍,如果建設和使用中出現問題,反而可能造成生物風險,這就要求從實踐出發、從安全出發,不斷學習、參考其他國家的經驗和建設理念,總結經驗教訓,順應國家發展需求,穩步、高效地推進我國高級別生物安全實驗室建設,為維護國家安全提供有力保障。

    參考文獻:

           [1] Alison  K  H, Benjamin  R, Fran  S, et al.  Biosecurity  challenges  of  the clobal  expansion of  high-containment  biological  laboratories [M]. THE NATIONAL ACADEMIES PRESS, 2012:8
           [2] GAO(Government Accountability Office). High-containment laboratories comprehensive  and up- to-date policies and stronger oversight needed:GAO-16-566T [R]. GAO,2016: 1-4 

           備注:本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會(2018年10月23~27日,中國·三門峽)論文集。版權歸論文作者所有,任何形式轉載請聯系作者。

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