高等级生物安全实验室风险案例分析和思考

李京京，靳晓军，程洪亮，陆兵

军事科学院 军事医学研究院 生物工程研究所，北京 100071

生物安全实验室也称生物安全防护实验室，是通过防护屏障和管理措施，能够避免或控制被操作的有害生物因子可能产生的危害，达到生物安全要求的生物实验室和动物实验室。实验室生物安全的概念在20世纪40～50年代首先出现在美国[1]，之后到50～60年代同样是在美国最早出现了生物安全实验室，主要为针对实验室意外事故感染的应对策略。随后一些发达国家也相继建造了不同级别的生物安全实验室，并得到长足进展。随着2001年美国炭疽邮件事件、2003年 SARS疫情暴发，以及近年来H1N1流感，H5N1、H7N9等禽流感疫情的反复流行，生物恐怖和生物威胁的形势愈演愈烈，包括我国在内的多个国家都越来越重视本国生物安全实验室的建设。但是在硬件建设逐步加强的同时，生物样本泄漏、高危生物样本丢失，以及因不按规程操作、实验室仪器设备老化等而导致的实验室安全（意外）事故也时有发生。如何加强实验室生物安全风险管理控制，是我们必须重视和亟待解决的问题。我们通过系统总结分析欧美等发达国家高等级生物安全实验室发生的一些事故，提出了生物安全实验室风险管理控制中需要重视的问题，以期为相关人员在今后的工作提供参考。

1 国内外高等级生物安全实验室近况

根据世界卫生组织（WHO）出版的《实验室生物安全手册》和美国国立卫生研究院（NIH）《微生物学和生物医学实验室的生物安全》中提出的分类要求，国际上普遍把病原微生物和实验室活动分为四级，一级为危险最小，四级为危险最大，而实验活动所需要的生物安全防护要求，分为一级（BSL-1）～四级（BSL-4），其中BSL-3和BSL-4实验室又统称为高等级生物安全实验室，主要开展高致病性病原微生物相关实验活动。依据分级管理的概念，目前全球已有多个国家和地区建立了多个生物安全三级和四级实验室。其中四级实验室有56 个，包括美国15 个，英国8 个，德国、澳大利亚、印度各4 个，瑞士、意大利、日本、罗马尼亚各2 个，法国、加拿大、瑞典、俄罗斯、白俄罗斯、荷兰、捷克、南非、加蓬、韩国各1 个，中国台湾2 个、武汉1 个[2]。而随着近年来SARS、禽流感、埃博拉等高致病性病毒的肆虐，许多原本在此方面较为薄弱的国家也加强了高等级生物安全实验室的建设。比如，日本国家传染病研究所（NIID）虽然早在1981年就建立了BSL-4实验室，但出于安全考虑，该实验室仅被用作BSL-3实验室，随着2014年西非埃博拉疫情的暴发，日本担心该病毒流入国内，决定花费数月时间升级改造并启用该BSL-4实验室，用以合法开展如拉沙热病毒和埃博拉病毒等所有烈性病原体的研究[3]。印度于2013年3月5日宣布完成了其第一个BSL-4实验室的建设后[4]，2014年11月将位于博帕尔的生物安全三级实验室升级改造为四级实验室，用于处理埃博拉病毒、马尔堡病毒和克里米亚-刚果出血热病毒等危险病原体。中国大陆首家BSL-4实验室于2015年1月在武汉竣工[5]，并于2017年1月通过了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）的BSL-4标准认证。该实验室于2003年SARS疫情暴发后筹建，但由于项目复杂、资金不足和经验缺少等原因，建设历时逾11年。目前实验室已开始用一些低等级病原体进行测试运行，未来该实验室的研究重点包括控制新发疾病和储存纯化病毒等，并可能展开包括SARS病毒、埃博拉病毒、西非拉沙热病毒等危险病原体的研究[6]。

2 高等级生物安全实验室面临的风险

2.1 样品风险

2.1.1 样品误传 2012年5月，位于萨里郡的英国动物卫生和兽医实验室管理局（Animal Health and Veterinary Laboratories Agency，AHVLA）的研究人员在处理炭疽杆菌时发生严重错误，他们本应将热灭活后无害的样品送往附近的AHVLA下属实验室以及位于约克和贝尔法斯特的研究机构，但却不慎混淆了试管，将活体炭疽样本送出。虽然负责发送的工作人员在高等级实验室操作样本，无暴露风险，但一些接收了错误样本的工作人员却是按照灭活样本处理的。事件发生后，英国健康安全局立即关闭了实验室。调查发现，共有2名不知情的工作人员暴露于炭疽杆菌，所幸他们此前均已接种过炭疽疫苗[7]。

2014年12月，亚特兰大美国疾病预防控制中心（CDC）VSPB实验室的一名工作人员，误将一份可能含有埃博拉病毒的感染样本作为灭活样品转移至BSL-2实验室进行分析评价。之后的分析评价结果表明，样本中并没有检测到活病毒[8]。

2015年底，美国马里兰州的一家生物实验室确认收到犹他州达格威试验场寄送的活性炭疽杆菌样本，这引起美国国防部的高度关注。五角大楼随后对该事件开展了全面调查，调查结果显示，美国境内有13个州，以及澳大利亚和韩国等多个境外国家的多个生物实验室均收到了活性炭疽杆菌疑似样本。五角大楼发言人Bob Work指出，在过去的10年里，美国国防部会定期向联邦政府实验室、商业公司、学术研究机构以及其他国家生物实验室寄送灭活的生物样本，用于开展生物安全相关的对应措施研究，但尚不清楚为什么有如此之多的活性炭疽杆菌疑似样本被寄送至各地的生物实验室，建议所有相关机构现在停止处理从国防部收到的“灭活”炭疽杆菌样本，五角大楼表示，目前有22人正在接受暴露后的预防性治疗，但尚未发现有人感染了活性炭疽杆菌疑似样本迹象[9-11]。

2.1.2 样品泄露、丢失或遗忘 2013年3月26日，美国得克萨斯大学医学院发表声明，证实其下属的加尔维斯顿国家实验室（Galveston Nation⁃al Laboratory，GNL）丢失1瓶可能导致出血热的瓜那瑞托（Guanarito）病毒[12]。该病毒1991年在委内瑞拉首次发现，为美国管制生物剂。最初的5瓶病毒全部保存在上锁的专用冰柜中，实验室检查中发现未知原因丢失1瓶。

2014年4月13日，法国巴斯德研究所宣布，在其例行样本清点过程中，发现丢失了2349支SARS病毒片段的试管样品[13]。该机构表示，样品丢失事件说明研究所在部分样品追踪管理方面存在不足。国家药品与健康产品安全局已就这一事件在相关实验室展开了现场调查，研究所向卫生部门证实，就SARS病毒存活的特点来看，上述试管内的病毒片段在人际间的传播能力为零，不会引发任何病毒感染的风险。

2.2 实验动物风险

2013年4月至2014年9月，美国北卡罗来纳大学教堂山分校发生了感染病原体小鼠逃跑的事件，前后共有8只小鼠逃跑，逃逸率约为0.001%。逃跑的小鼠有的跳到研究人员身上，有的跑到冰柜下方，而研究人员则经常用扫帚柄拦阻乱窜的小鼠。这些小鼠已感染了SARS病毒或甲型H1N1流感病毒，这引起了NIH官员对此类逃逸的事情的忧虑[14]。

2014年10月，美国科罗拉多州立大学实验室的一位安保人员发现被昆虫叮咬。该实验室毗邻一个昆虫饲养所，该所当时正在应用转基因蚊子进行登革病毒实验。因此，该名工作人员分别在咬伤时和咬伤后第3周时进行了登革热病毒抗体的检测，所幸结果为阴性。

2014年3月，美国加州大学洛杉矶分校的工作人员在学校的一个医疗废物堆积区中发现了一个大鼠巢穴，巢穴中有粉碎的生物危害袋子和一些实验室用品，如移液管尖头、手套和塑料管等。学校在该巢穴共抓获大鼠14只，之后将其拆除并进行消毒。2014年5月，该校一名研究人员观察到一只啮齿动物从上了锁的医疗废弃桶内爬出，桶里装有使用过的一次性鼠笼、垫料和剩余食物。该校生物危险废物桶的供应商在交付之前确保所有盖子都能够上锁，而安全官员发现该校大约30%的废弃桶的锁遭到破坏。

2.3 设备风险

2013年，英国国防部波顿当（Porton Down）实验室发生了2起防护装备老化事件，均为隔离服破损。其中一起发生在埃博拉病毒感染狨猴的设施内，工作人员立即上报并更换了损坏的零部件，从而避免了事故的发生。

2014年2月,位于英国萨里郡的毕尔布莱特研究所（Pirbright Institute，原动物健康研究所）实验室的口蹄疫研究设施出现空气流通问题。2014年4月，研究所主管人员承认对8起违反安全规定的口蹄疫实验负责。这些事件发生在2012年11月至2013年1月，实验室负压通风系统发生故障却未发出报警，所幸未造成病原体泄露。此后，至少又发生4起安全事件，包括口蹄疫病毒的安全柜外泄漏。连续的设备问题使得该研究所对其实验室进行翻新。

2014年5月，美国陆军传染病医学研究所（USAMRIID）的一位科学家穿着正压服在BSL-4实验室工作结束离开时发现腿部被淋湿，之后又发现有其他工作人员淋浴时防护面具出现孔洞。在2013至2014年为期20个月的时间里，该研究所的防护装备共出现37次破裂或孔洞。

2014年6月，美国农业部的东南地区家禽研究BSL-3实验室的一名员工在对感染H5N1禽流感病毒的鸭子进行取样时，其呼吸管发生撕裂，事后对该名员工进行抗病毒药物治疗。同年9月另一BSL-3实验室的动物看管人员在工作期间发现其防毒面具内的气流减少，原因是软管从联合部位分离，事后对该名工人进行了10 d的抗病毒药物治疗，并被要求对发热情况进行监测。所幸2名员工未发生感染情况。

2.4 未按规程操作的风险

1994年11月，3位科学家在非洲科特迪瓦解剖一只死亡不久的黑猩猩（后经检测确定该黑猩猩感染了埃博拉病毒），由于条件所限，未能穿戴专业的个人防护用品，只临时戴了普通的乳胶/家用手套。其中佩戴了家用手套的科学家在解剖动物8 d后感染发病，送回国治疗后康复[15]。

2009年3月，位于德国汉堡的热带医学研究所的BSL-4实验室，一名研究人员在进行小鼠感染实验时严重违反操作规程，给使用过的注射器戴回针帽，而当时针头中留有高浓度的埃博拉病毒，结果被针头扎伤，所幸未造成人员伤害[16]。

2009至2011年，英国AHVLA的一个实验室曾先后发出3700份样品，其主管人员却并不知道病原体仍然存活。主要原因是工作人员使用了错误设备灭活病原体，未接受过正确操作程序培训，同时管理部门也未采取有效行动，最终导致1名工作人员被感染。

2014年12月24日，美国CDC宣布，该机构1名实验室人员由于操作失误，可能接触了埃博拉病毒，目前正在接受为期21 d的医疗观察。当时含有少量埃博拉病毒的样本从一个实验室转移至同一栋楼的另一个实验室，接触样本的技术人员佩戴了手套和防护服，但没有戴上面罩，这导致了感染风险。疾控中心主管弗里登在随后的一份声明中承诺，将在各个层面进行检讨，包括对实验室进行净化关闭，让全体工作人员认知事故，并对上级监查机构通报事件情况。

2015年3月1日，《今日美国》报道称，路易斯安那州的杜兰国家灵长类研究中心发生实验室类鼻疽杆菌泄漏事件，导致数十只猴子死亡，另据法新社报道，该病菌外泄可能发生在2014年11月或更早，该中心当时正在开发对抗类鼻疽杆菌的疫苗。3月13日，美国CDC和农业部动植物卫生监察部发布联合调查报告，没有明确具体的病菌泄漏途径，但指出该实验室存在诸多安全问题。报告称，该实验室人员未能按照要求或未穿戴防护装备，这可能是病菌泄漏的原因。该研究中心被责令停止所有研究并进行整顿[17]。

2.5 意外事故

1976年11月5日，位于英国威尔特郡波顿当的微生物研究设施中，一位研究人员在转移感染埃博拉病毒的动物组织样本时意外刺破手套并伤到手指，其在被隔离后第6 d发病并最终确诊为埃博拉感染[18]。

2004年美国USAMRIID的一名研究人员，在BSL-4实验室里对2 d前注射了埃博拉病毒的小鼠腹腔注射免疫球蛋白时，第5只实验小鼠踢中注射器，针头刺穿操作员的手套。伤者迅速被隔离，所幸隔离期过后未发病[19]。

2004年5月，俄罗斯新西伯利亚病毒学与生物技术国家科学中心的一名研究人员在BSL-4实验室中对感染埃博拉病毒的豚鼠进行抽血操作时，被带有豚鼠血液的注射器意外扎伤左手掌。尽管立即送医，但仍因发病医治无效死亡[20-21]。

2013年11月，美国威斯康星大学的一位研究人员违反规定，在BSL-3实验室内使用注射器时被装有H5N1禽流感病毒的注射器刺破皮肤。该研究人员事后在家中进行为期7 d的隔离，家人在其隔离期间搬离住所。所幸该名研究人员未出现流感症状。

2014年2月，美国得克萨斯A&M大学的一名研究人员在用注射器注射小鼠时不慎扎到自己，1周后又被小鼠咬伤，注射器和小鼠先前都感染了伯氏疏螺旋体重组菌株，该病原体可以导致莱姆病。该名研究人员事后交由一位医生进行健康评估和暴露后预防，并进行了如使用抗生素、接种百白破疫苗等治疗。

3 国外高等级生物安全实验室风险案例分析及启示

3.1 高等级生物安全实验室风险案例分析

作为主要开展高致病性病原微生物相关实验活动的高等级生物安全实验室，研究对象都是国际公认的危险病原。上述事件的发生，揭示了部分高等级生物安全实验室在安全方面的诸多问题，包括管理不善、培训不足、程序不当、设备故障、人为错误等。和每年全球生物安全实验室的大量实验工作相比，这些实验室事件不算多，但均很典型。前述22起事故绝大多数发生在生物安全实验室相对发达的欧美等西方国家。在这些事件中，除了几起难以彻底杜绝的意外事件外，其他的都是可以通过加强实验室管理、人员培训以及安全操作检查等措施即可完全避免的。

3.2 高等级生物安全实验室风险案例启示

3.2.1 构建安全第一的管理理念 安全第一是生物安全的精髓，要做到这一点，必须建立高可靠性组织安全管理模式，一是团队成员每个人必须随时对“什么是错误的？我们怎么预防？”保持警惕；二是工作人员必须对违规操作高度敏感；三是整个安全管理体系应当具备弹性，以至于系统出现问题后能够最小化风险并及时恢复；四是工作人员必须认识到操作环境是复杂、可变的；五是严格执行双人工作制度，提高安全系数[22]。通过近十年相关部门的努力，目前国内已建立了高等级实验室认证认可机制，在此基础上还应不定期抽调监察员对已认定合格的实验室进行巡检和监察，加强实验室硬件的定期检测机制，以及软件管理规范的逐步提高，从而使实验室管理人员和相关实验人员日常能够按照生物安全标准规范操作。一定程度上讲，如果事先做到足够的风险预判和预案支持，大多数事故都可以避免[23]。

3.2.2 建立并加强严格的监管审批制度 目前国内各相关科研院所的生物安全部门均成立了生物安全委员会，要充分发挥生物安全委员会的职能，提高对生物安全实验室使用的审查能力，对相关工作做到实验前方案审查、实验中定期检查、实验结束后及时上报并和实验室管理人员进行交接。一要根据微生物病原体的危险性类别高低，加强对科研活动的监管力度，严格执行审批制度；二要合理选择使用实验室，以有效减少意外的发生。尽管部分生物安全三级实验室采取了特殊防护措施，能够胜任SARS病毒和高致病性禽流感等具有高度致死性和传染性的病原体研究，但还是建议这些病原体的研究仍应在设备齐全、设施良好并有定期监测的生物安全四级实验室中完成，以减少未知途径感染。没有条件的也应在生物安全三级实验室中穿着个人防护装备包括佩戴具有呼吸过滤系统的防护头罩等特殊防护系统下进行，并且应配置相应的带有通风系统和可单个隔离高效过滤装置的动物笼具。

3.2.3 开展有效的岗位培训 高等级生物安全实验室是高等级病原微生物研究场所，危险系数大，故必须对进入其中从事高致病性和传染性病原体研究工作的人员定期开展相关的岗位培训，即便工作人员曾经在低等级微生物实验室工作过，再进入高等级生物安全实验室工作前也应重新进行系统培训后再上岗。并且应该在适当区域设立模拟实验室，以便在实际从事高危工作前先采用模拟剂熟悉工作环境，须确保其工作人员在从事生物剂实验前达到一定的熟练程度。工作人员应经过正规的操作培训并应在经验丰富的科学家指导下开展工作。专家可以通过现代的视频、音频技术远程监控来指导和监督实验室的研究，不必须出现在实验室现场指导。尤其是在易有安全风险的锐器操作、实验动物转运、样本处置、事前硬件设备的安全检查等方面必须严格培训，正确操作，避免发生不必要的危险。或者发生意外后，能够得到正确的处置。

3.2.4 加强实验人员的身心防护 一是要加强隔离检疫期制度。在高风险实验室工作的工作人员由于岗位轮换等原因需要离开实验室时，应经过一段时间的隔离检疫期。如有相关人员发生感染，在隔离检疫期间会表现症状，在特定的医疗环境中也能得到妥善治疗。这一规定可以防止病原体通过工作人员发生获得性感染从实验室中泄漏出来。二是要建立休假和心理辅导制度。长期从事高致病性和传染性病原体研究的技术人员，在心理和生理上都存在巨大压力，应在行业标准中对从事高风险实验室工作的技术人员提供定期免费休假疗养及心理辅导制度。并在此期间对人员状态进行评估，主要包括精神警觉性、精神和情绪稳定性、信用情况、有无不稳定医学状态、责任感、有效的绩效、灵活适应变化能力、社会适应能力或紧急情况下做出合理判断的能力、有无药物/酒精滥用或依赖、是否赞同实验室内文化氛围；是否能遵守国家和行业内的各项规定；是否愿意强调内部协调等。

4 结语

自2004年《国家高级别生物安全实验室建设规划》发布以来，我国已形成了高等级生物安全实验室体系的基本框架，一批分布在科研院所和高校内的生物安全三级实验室已投入运行。随着我国首家BSL-4实验室正式投入使用，意味着“宝塔式”的生物安全实验室体系初步形成[24]。面对复杂多变的国际生物安全形势，国家发改委和科技部计划在现有基础上再规划建设一系列高等级生物安全实验室，到2025年形成高等级生物安全实验室国家体系，壮大我国传染病重大专项等科学研究的基础平台，增强生物安全科技创新能力。我们将积极吸取国外BSL-4实验室运行中的经验教训，通过制定科学的标准法规和适宜的技术规程，减少或杜绝可能的生物安全事故，提高我国高等级生物安全实验室管理和运行水平。

[1] 李勇.实验室生物安全[M].北京:军事医学科学出版社,2009:2-3.

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