03.01 什麼是P4實驗室?

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P4實驗室是指生物安全四級實驗室,是等級和安全性最高的生物安全實驗室。從事致病性微生物實驗的單位,作為各類傳染病菌(毒)研究操作的基本單元,實驗室必須有防止致病性微生物擴散的制度和人體防護措施;不同危害群的微生物,必須在不同的物理性防護條件下操作,一方面防止實驗人員和其他物品受汙染,同時也防止其釋放到環境中。

 

傳染病的傳染性和危害性是不同的,傳染病原分為四個危害等級。第一級危害群微生物:與人類成人健康和疾病無關;第二級危害群微生物:在人類所引起的疾病很少是嚴重的,而且通常有預防及治療的方法;第三級危害群微生物:在人類可以引起嚴重或致死的疾病,可能有預防和治療的方法;第四級危害群微生物:在人類可以引起嚴重或致死的疾病,但通常無預防和治療的方法,如炭疽桿菌、霍亂弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等。國際上將其分為BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四個生物安全等級。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等級)的縮寫。第四級即BSL-4實驗室是生物安全最高等級,可有效阻止傳染性病原體釋放到環境中,同時為研究人員提供安全保證。



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  • 背景

最近新冠肺炎疫情防治已取得明顯成效,非常感謝政府強大的動員力和硬核抗疫舉措以及全社會的共同努力,當然也包含我的一絲絲小貢獻-死宅在家,堅決不添亂,不造謠。言歸正傳,前段時間隨疫情的迅速升溫,位於本次疫情的中心-武漢,自然飽受關注,而我一直保持敬畏的神秘的武漢病毒研究所也曾一度處於風口浪尖。“新型冠狀病毒是不是人造的?”“新型冠狀病毒是不是實驗室流出去的?”…諸如此類,飽受社會媒體和民眾的大膽猜疑。武漢病毒所擁有中國大陸第一家P4實驗室。自然,P4實驗室也進入人們的視野。

  • 生物安全等級及實驗室

P4實驗室”是代表一個生物安全實驗室的等級,P4實驗室是指生物安全等級四級實驗室,目前屬於人類生物安全等級最高的實驗室。說到生物安全等級(biology safety level簡稱BSL),不得不提其具體等級劃分。

目前世界通用生物安全水平標準是由美國疾病控制中心和美國國家衛生研究院建立的。它是針對生物危害的不同程度而確立的,包括對實驗人員,實驗室甚至環境保護的具體要求,按生物危害等級將微生物和生物醫學實驗室的安全劃分為4個等級,其中實驗室的生物安全水平分為BSL1-基礎實驗室、BSL2-基礎實驗室、BSL3-防護實驗室及BSL4-最高防護實驗室。不同生物安全等級實驗室需要不同級別的防護,根據設備安全和個體防護注意事項可分為P1-P4四個等級(P代表protection,防護之意)。實驗室生物安全等級越高,意味著防護級別越強,就能研究具有更大傳染性和危害性。

P1實驗室適用於研究目前已知的性狀非常清楚且對人類不會帶來健康問題或潛在風險較小的病原微生物。研究過程可公開暴露在空氣中,不需要特殊安全防護措施,一般按教學方法執行研究操作即可。這類病原體包括麻疹,大腸桿菌,乙肝病毒等

麻疹

P2實驗室適用於研究對人有潛在中等危險的病原微生物。操作人員需要經過相關操作培訓獲得資質方可進行研究操作,最好使用二級生物安全櫃。這類病毒包括流感病毒。

流感病毒

P3實驗室適用於研究呼吸傳染的嚴重甚至致死的病原微生物。實驗室防護要求不僅要滿足P2,通常必須在二級或三級生物安全櫃操作,避免研究操作者直接暴露在其中。這類病原體包括炭疽桿菌,鼠疫桿菌,狂犬病毒,SARS病毒,HIV等

鼠疫桿菌

SARS病毒

P4實驗室即題主所問,它是適用於研究對人類具有極高危險性的,可通過氣溶膠或傳播途徑尚不清楚或完全清楚的並且尚無疫苗等特效藥或治療方法的病原微生物或物質。它專門用於研究烈性傳染病,目前這類病原體主要包括埃博拉,馬爾堡以及被人類消滅的天花病毒等,一般使用3-4級生物安全櫃

埃博拉病毒

天花病毒

進行全封閉研究。因此P4實驗室被稱為病毒領域研究的航空母艦,也因其研究對象無法預防和治療極具危險性故也稱魔鬼實驗室。

P1-P4對比

  • P4實驗室構造

P4實驗室一般由更衣區、過濾區、緩衝區、消毒區、核心區組成,由更衣區到核心區需要經過10道門,核心區採用不鏽鋼無縫焊接形成完全封閉系統。更衣區依次為外更衣室、淋浴室和內更衣室。消毒區為化學淋浴室,工作人員離開主實驗室時首先經過化學淋浴消毒正壓防護服表面。核心區任何相鄰的門之間都有自動連鎖裝置,防止兩個相鄰的門被同時打開。對於不能從更衣室攜帶進出主實驗室的材料、物品和器材,應在主實驗室牆上設置具有雙門結構的高壓滅菌鍋、浸泡消毒槽、熏蒸室或帶有消毒裝置的通風傳遞窗,以便進行傳遞或消毒。核心區裡配有生物安全櫃、超低溫冰箱、離心機、電熱細胞培養櫃、顯微鏡和實驗臺、小型動物實驗室等。生物安全櫃頂上有一個直徑0.5米左右的粗管子,直接通到房頂,它也是負壓狀態的,一些主要的操作都需要在生物安全櫃中進行。人員進入P4實驗室就要花費至少半小時進行層層消毒,進出也進行極其嚴格的管控,進入核心區需要兩個人同時開啟鑰匙,並且由實驗室帶出的物品必須經過高壓滅菌器消毒。

實驗室採用定向負壓系統和雙層過濾系統。隔離區由外向內氣壓遞減,核心區氣壓達負40帕,使病毒無法跑出去。四周裝有特殊的高效空氣過濾器,進入這裡的空氣溫度與溼度都是預先設定好的,過濾程度達到99.999%,能保障空氣在整個環境中一小時循環多次。

  • 中國大陸P4實驗室

中科院武漢病毒所

2003年SARS後國家決心啟動P4項目,2005年獲國家發改委立項,前期投資1億,主要引進法國里昂P4實驗室技術和設備。2015年1月,中國科學院武漢國家生物安全實驗室在武漢建成。2018年1月,中國科學院武漢P4實驗室通過國家衛計委高致病性病原微生物實驗活動現場評估,成為中國大陸首個正式投入運行的P4實驗室。

哈爾濱獸醫所P4

該實驗室2004年立項,2012完成設計開工建設,2015年12月建成並通過工程驗收,2018年7月通過審核,成為第一個完全自主設計,建設和管理的P4實驗室,主要研究牛,羊,馬,豬,禽類及鼠,猴等實驗動物的所有感染實驗。


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生物安全四級實驗室是依據密封程度的不同進行分級,等級和安全性最高的生物安全實驗室。從事致病性微生物實驗的單位,作為各類傳染病菌(毒)研究操作的基本單元,實驗室必須有防止致病性微生物擴散的制度和人體防護措施;不同危害群的微生物,必須在不同的物理性防護條件下操作,一方面防止實驗人員和其他物品受汙染,同時也防止其釋放到環境中


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生物安全四級實驗室是依據密封程度的不同進行分級,等級和安全性最高的生物安全實驗室。從事致病性微生物實驗的單位,作為各類傳染病菌(毒)研究操作的基本單元,實驗室必須有防止致病性微生物擴散的制度和人體防護措施;不同危害群的微生物,必須在不同的物理性防護條件下操作,一方面防止實驗人員和其他物品受汙染,同時也防止其釋放到環境中。

所謂物理性防護,是由隔離設備、實驗室的設計及實驗實施等3個方面組成,根據其密封程度的不同,國際上將其分為BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四個生物安全等級。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等級)的縮寫。第四級即BSL-4實驗室是生物安全最高等級,可有效阻止傳染性病原體釋放到環境中,同時為研究人員提供安全保證。

BSL-4實驗室是全球生物安全最高級別的實驗室,中國大陸地區公開的武漢一所已建成並投入使用。

BSL-4實驗室的設計不盡相同,典型的BSL-4實驗室由更衣區、過濾區、緩衝區、消毒區、核心區組成。

從BSL-4實驗室拿出的相關的物品必須通過高壓滅菌鍋消毒後,再用潔淨袋充分包裝,然後通過傳遞窗傳到準備間。離開BSL-4時,核心區的工作人員要相互間把全身從上到下消毒一遍才能走到緩衝間,在緩衝間除去外層防護服、口罩、外層手套,然後將這些放入滅菌容器或消毒袋內。關閉實驗室門之後,再取下防護眼鏡,將其放入傳遞窗進行消毒。然後,工作人員經過另外一個緩衝間,退到準備間。在這裡他們才可以取下身上所有的防護器具,立即在沐浴室洗澡後,才可離開實驗室。 P4實驗室有嚴格、複雜的管理程序,為了保證BSL-4實驗室的絕對安全,只有得到批准和持有磁卡通行證的人才能進入,有的通過指紋門禁系統進入,而且所有出入的人員都由電腦記錄在案。

最先進的BSL-4實驗室在法國。

BSL-4實驗室是一柄“雙刃劍”,它的應用可能造福人類,但弄不好也可能為人類帶來種種“禍害”。近年來,國際社會普遍認為生物武器的潛在威脅已大大增加。


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瞭解P4實驗室之前先了解下生物安全實驗室的劃分:根據其密封程度的不同,國際上將其分為BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四個生物安全等級。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等級)的縮寫。

第四級即BSL-4實驗室是生物安全最高等級,可有效阻止傳染性病原體釋放到環境中,同時為研究人員提供安全保證。P4實驗室用於第四級危害群微生物的研究,如炭疽桿菌、霍亂弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等。

目前,世界上建成及在建的生物安全四級實驗室有50餘家,遍佈世界五大洲,單論國家而言,美國最多有15個。實際上真正投入運行的BSL-4實驗室並不多,分佈在美、德、法、加、日、南非。

2015年1月31日,中國科學院武漢國家生物安全實驗室(即武漢BSL-4實驗室)在武漢竣工,這是我國,也是亞洲首個即將運行的BSL-4實驗室,2018年1月5日,武漢P4實驗室正式運行。





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生物安全四級實驗室是依據密封程度的不同進行分級,等級和安全性最高的生物安全實驗室。從事致病性微生物實驗的單位,作為各類傳染病菌(毒)研究操作的基本單元,實驗室必須有防止致病性微生物擴散的制度和人體防護措施;不同危害群的微生物,必須在不同的物理性防護條件下操作,一方面防止實驗人員和其他物品受汙染,同時也防止其釋放到環境

定義

所謂物理性防護,是由隔離設備、實驗室的設計及實驗實施等3個方面組成,根據其密封程度的不同,國際上將其分為BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四個生物安全等級。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等級)的縮寫。第四級即BSL-4實驗室是生物安全最高等級,可有效阻止傳染性病原體釋放到環境中,同時為研究人員提供安全保證。

傳染病的傳染性和危害性是不同的,傳染病原分為四個危害等級。第一級危害群微生物:與人類成人健康和疾病無關;第二級危害群微生物:在人類所引起的疾病很少是嚴重的,而且通常有預防及治療的方法;第三級危害群微生物:在人類可以引起嚴重或致死的疾病,可能有預防和治療的方法;第四級危害群微生物:在人類可以引起嚴重或致死的疾病,但通常無預防和治療的方法,如炭疽桿菌、霍亂弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等。

實驗室名稱

澳大利亞:

澳大利亞設有三個BSL-4實驗室。

(1)位於Geelong的,澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)下屬的澳大利亞動物健康實驗室(AAHL)。

(2)位於Coopers平原,隸屬昆士蘭衛生署(QLD)的病毒學實驗室。

(3)位於北墨爾本的國家高安全實驗室

巴西

巴西聖保羅大學Butantan研究所和阿道夫·魯茲研究所等多個研究機構,但只進行BSL-3級別的生物安全實驗。

加拿大

加拿大BSL-4設施位於多倫多的溫尼伯國家微生物學實驗室,建造於20世紀90年代。

捷克

位於捷克Pardubice, Těchonín的生物防禦中心,1971年重建,2003-2007年啟用

法國

位於里昂的讓梅里昂實驗室(Jean Mérieux laboratory),由巴斯德研究所和法國國民保健與醫學研究所(INSERM)共建

加蓬

Franceville國際醫學研究中心,是由法國政府支持的研究機構,也是西非唯一的BSL-4實驗室。

德國

德國有兩個BSL-4設施:

(1)位於馬爾堡的菲利普斯大學病毒學研究所。

(2)位於裡姆斯島的弗里德里希·勒夫勒研究所(Friedrich Loeffler Institute on the Isle of Riems)

此外,新的P4實驗室計劃將在柏林羅伯特·科赫研究所和伯恩哈德·諾赫特熱帶醫學研究所建成。

日本

日本的BSL-4實驗室位於武藏村山市的國家傳染病研究所病毒學一系和筑波的物理化學研究所(即理化研)。兩個實驗室有作為BSL-4的潛力,但是由於當地居民和社區的反對,它只能執行BSL-3的相關實驗。

印度

印度的BSL-4實驗室位於印度博帕爾的高安全動物疾病實驗室(HSADL),處理各種人畜共患生物體和新興傳染病的威脅。此外,還有海得拉巴的細胞及分子生物學中心、新德里的全印度醫學科學研究所以及隸屬印度醫學研究委員會,浦那的Microbial Containment Complex研究所

意大利

(1)位於羅馬的國家傳染病研究所(Istituto Nazionale Malattie Infettive )

(2)位於米蘭波羅大學的路易吉·薩科醫院(Azienda Ospedaliera Ospedale Luigi Sacco)

荷蘭

位於比爾特霍芬的國家公共衛生和環境研究所(RIVM)實驗室,於2009年年底完成建設。

俄羅斯

VEKTOR國家病毒學與生物技術研究中心,位於新西伯利亞地區。其他BSL-4設施在蘇聯時期已被拆除。

白俄羅斯

位於明斯克的流行病學和微生物學研究和實踐中心

南非

國家特殊病原體傳染病研究所是非洲僅有的兩個BSL-4設施之一,也是非洲大陸唯一適合的實驗室。

新加坡

國防科學組織(DSO)的國家實驗室設有BSL-4設施。

瑞典

索爾納的瑞典傳染病控制研究所運營實驗室。

韓國

在2014年埃博拉病毒在國際上擴散後,韓國政府增加了BL-4實驗室的建設預算,並於2017年中期在忠清北道設立了奧松BL-4實驗室。

英國

英國的BSL-4實驗室多集中在Porton Down和倫敦地區,英國醫學研發中心(UKCMRI)的BSL-4實驗室正在建設中。

美國

美國保持至少8個生物安全4級設施,正在規劃至少7個;

中國

湖北武漢BSL-4病毒實驗室(中國科學院武漢國家生物安全實驗室)







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