03.01 什么是P4实验室?

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P4实验室是指生物安全四级实验室,是等级和安全性最高的生物安全实验室。从事致病性微生物实验的单位,作为各类传染病菌(毒)研究操作的基本单元,实验室必须有防止致病性微生物扩散的制度和人体防护措施;不同危害群的微生物,必须在不同的物理性防护条件下操作,一方面防止实验人员和其他物品受污染,同时也防止其释放到环境中。

 

传染病的传染性和危害性是不同的,传染病原分为四个危害等级。第一级危害群微生物:与人类成人健康和疾病无关;第二级危害群微生物:在人类所引起的疾病很少是严重的,而且通常有预防及治疗的方法;第三级危害群微生物:在人类可以引起严重或致死的疾病,可能有预防和治疗的方法;第四级危害群微生物:在人类可以引起严重或致死的疾病,但通常无预防和治疗的方法,如炭疽杆菌、霍乱弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等。国际上将其分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四个生物安全等级。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等级)的缩写。第四级即BSL-4实验室是生物安全最高等级,可有效阻止传染性病原体释放到环境中,同时为研究人员提供安全保证。



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背景

最近新冠肺炎疫情防治已取得明显成效,非常感谢政府强大的动员力和硬核抗疫举措以及全社会的共同努力,当然也包含我的一丝丝小贡献-死宅在家,坚决不添乱,不造谣。言归正传,前段时间随疫情的迅速升温,位于本次疫情的中心-武汉,自然饱受关注,而我一直保持敬畏的神秘的武汉病毒研究所也曾一度处于风口浪尖。“新型冠状病毒是不是人造的?”“新型冠状病毒是不是实验室流出去的?”…诸如此类,饱受社会媒体和民众的大胆猜疑。武汉病毒所拥有中国大陆第一家P4实验室。自然,P4实验室也进入人们的视野。

生物安全等级及实验室

P4实验室”是代表一个生物安全实验室的等级,P4实验室是指生物安全等级四级实验室,目前属于人类生物安全等级最高的实验室。说到生物安全等级(biology safety level简称BSL),不得不提其具体等级划分。

目前世界通用生物安全水平标准是由美国疾病控制中心和美国国家卫生研究院建立的。它是针对生物危害的不同程度而确立的,包括对实验人员,实验室甚至环境保护的具体要求,按生物危害等级将微生物和生物医学实验室的安全划分为4个等级,其中实验室的生物安全水平分为BSL1-基础实验室、BSL2-基础实验室、BSL3-防护实验室及BSL4-最高防护实验室。不同生物安全等级实验室需要不同级别的防护,根据设备安全和个体防护注意事项可分为P1-P4四个等级(P代表protection,防护之意)。实验室生物安全等级越高,意味着防护级别越强,就能研究具有更大传染性和危害性。

P1实验室适用于研究目前已知的性状非常清楚且对人类不会带来健康问题或潜在风险较小的病原微生物。研究过程可公开暴露在空气中,不需要特殊安全防护措施,一般按教学方法执行研究操作即可。这类病原体包括麻疹,大肠杆菌,乙肝病毒等

麻疹

P2实验室适用于研究对人有潜在中等危险的病原微生物。操作人员需要经过相关操作培训获得资质方可进行研究操作,最好使用二级生物安全柜。这类病毒包括流感病毒。

流感病毒

P3实验室适用于研究呼吸传染的严重甚至致死的病原微生物。实验室防护要求不仅要满足P2,通常必须在二级或三级生物安全柜操作,避免研究操作者直接暴露在其中。这类病原体包括炭疽杆菌,鼠疫杆菌,狂犬病毒,SARS病毒,HIV等

鼠疫杆菌

SARS病毒

P4实验室即题主所问,它是适用于研究对人类具有极高危险性的,可通过气溶胶或传播途径尚不清楚或完全清楚的并且尚无疫苗等特效药或治疗方法的病原微生物或物质。它专门用于研究烈性传染病,目前这类病原体主要包括埃博拉,马尔堡以及被人类消灭的天花病毒等,一般使用3-4级生物安全柜

埃博拉病毒

天花病毒

进行全封闭研究。因此P4实验室被称为病毒领域研究的航空母舰,也因其研究对象无法预防和治疗极具危险性故也称魔鬼实验室。

P1-P4对比

P4实验室构造

P4实验室一般由更衣区、过滤区、缓冲区、消毒区、核心区组成,由更衣区到核心区需要经过10道门,核心区采用不锈钢无缝焊接形成完全封闭系统。更衣区依次为外更衣室、淋浴室和内更衣室。消毒区为化学淋浴室,工作人员离开主实验室时首先经过化学淋浴消毒正压防护服表面。核心区任何相邻的门之间都有自动连锁装置,防止两个相邻的门被同时打开。对于不能从更衣室携带进出主实验室的材料、物品和器材,应在主实验室墙上设置具有双门结构的高压灭菌锅、浸泡消毒槽、熏蒸室或带有消毒装置的通风传递窗,以便进行传递或消毒。核心区里配有生物安全柜、超低温冰箱、离心机、电热细胞培养柜、显微镜和实验台、小型动物实验室等。生物安全柜顶上有一个直径0.5米左右的粗管子,直接通到房顶,它也是负压状态的,一些主要的操作都需要在生物安全柜中进行。人员进入P4实验室就要花费至少半小时进行层层消毒,进出也进行极其严格的管控,进入核心区需要两个人同时开启钥匙,并且由实验室带出的物品必须经过高压灭菌器消毒。

实验室采用定向负压系统和双层过滤系统。隔离区由外向内气压递减,核心区气压达负40帕,使病毒无法跑出去。四周装有特殊的高效空气过滤器,进入这里的空气温度与湿度都是预先设定好的,过滤程度达到99.999%,能保障空气在整个环境中一小时循环多次。

中国大陆P4实验室

中科院武汉病毒所

2003年SARS后国家决心启动P4项目,2005年获国家发改委立项,前期投资1亿,主要引进法国里昂P4实验室技术和设备。2015年1月,中国科学院武汉国家生物安全实验室在武汉建成。2018年1月,中国科学院武汉P4实验室通过国家卫计委高致病性病原微生物实验活动现场评估,成为中国大陆首个正式投入运行的P4实验室。

哈尔滨兽医所P4

该实验室2004年立项,2012完成设计开工建设,2015年12月建成并通过工程验收,2018年7月通过审核,成为第一个完全自主设计,建设和管理的P4实验室,主要研究牛,羊,马,猪,禽类及鼠,猴等实验动物的所有感染实验。


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生物安全四级实验室是依据密封程度的不同进行分级,等级和安全性最高的生物安全实验室。从事致病性微生物实验的单位,作为各类传染病菌(毒)研究操作的基本单元,实验室必须有防止致病性微生物扩散的制度和人体防护措施;不同危害群的微生物,必须在不同的物理性防护条件下操作,一方面防止实验人员和其他物品受污染,同时也防止其释放到环境中


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生物安全四级实验室是依据密封程度的不同进行分级,等级和安全性最高的生物安全实验室。从事致病性微生物实验的单位,作为各类传染病菌(毒)研究操作的基本单元,实验室必须有防止致病性微生物扩散的制度和人体防护措施;不同危害群的微生物,必须在不同的物理性防护条件下操作,一方面防止实验人员和其他物品受污染,同时也防止其释放到环境中。

所谓物理性防护,是由隔离设备、实验室的设计及实验实施等3个方面组成,根据其密封程度的不同,国际上将其分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四个生物安全等级。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等级)的缩写。第四级即BSL-4实验室是生物安全最高等级,可有效阻止传染性病原体释放到环境中,同时为研究人员提供安全保证。

BSL-4实验室是全球生物安全最高级别的实验室,中国大陆地区公开的武汉一所已建成并投入使用。

BSL-4实验室的设计不尽相同,典型的BSL-4实验室由更衣区、过滤区、缓冲区、消毒区、核心区组成。

从BSL-4实验室拿出的相关的物品必须通过高压灭菌锅消毒后,再用洁净袋充分包装,然后通过传递窗传到准备间。离开BSL-4时,核心区的工作人员要相互间把全身从上到下消毒一遍才能走到缓冲间,在缓冲间除去外层防护服、口罩、外层手套,然后将这些放入灭菌容器或消毒袋内。关闭实验室门之后,再取下防护眼镜,将其放入传递窗进行消毒。然后,工作人员经过另外一个缓冲间,退到准备间。在这里他们才可以取下身上所有的防护器具,立即在沐浴室洗澡后,才可离开实验室。 P4实验室有严格、复杂的管理程序,为了保证BSL-4实验室的绝对安全,只有得到批准和持有磁卡通行证的人才能进入,有的通过指纹门禁系统进入,而且所有出入的人员都由电脑记录在案。

最先进的BSL-4实验室在法国。

BSL-4实验室是一柄“双刃剑”,它的应用可能造福人类,但弄不好也可能为人类带来种种“祸害”。近年来,国际社会普遍认为生物武器的潜在威胁已大大增加。


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了解P4实验室之前先了解下生物安全实验室的划分:根据其密封程度的不同,国际上将其分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四个生物安全等级。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等级)的缩写。

第四级即BSL-4实验室是生物安全最高等级,可有效阻止传染性病原体释放到环境中,同时为研究人员提供安全保证。P4实验室用于第四级危害群微生物的研究,如炭疽杆菌、霍乱弧菌、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级实验室有50余家,遍布世界五大洲,单论国家而言,美国最多有15个。实际上真正投入运行的BSL-4实验室并不多,分布在美、德、法、加、日、南非。

2015年1月31日,中国科学院武汉国家生物安全实验室(即武汉BSL-4实验室)在武汉竣工,这是我国,也是亚洲首个即将运行的BSL-4实验室,2018年1月5日,武汉P4实验室正式运行。





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生物安全四级实验室是依据密封程度的不同进行分级,等级和安全性最高的生物安全实验室。从事致病性微生物实验的单位,作为各类传染病菌(毒)研究操作的基本单元,实验室必须有防止致病性微生物扩散的制度和人体防护措施;不同危害群的微生物,必须在不同的物理性防护条件下操作,一方面防止实验人员和其他物品受污染,同时也防止其释放到环境

定义

所谓物理性防护,是由隔离设备、实验室的设计及实验实施等3个方面组成,根据其密封程度的不同,国际上将其分为BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4共四个生物安全等级。“BSL-”是英文Bio-Safety Level(生物安全等级)的缩写。第四级即BSL-4实验室是生物安全最高等级,可有效阻止传染性病原体释放到环境中,同时为研究人员提供安全保证。

传染病的传染性和危害性是不同的,传染病原分为四个危害等级。第一级危害群微生物:与人类成人健康和疾病无关;第二级危害群微生物:在人类所引起的疾病很少是严重的,而且通常有预防及治疗的方法;第三级危害群微生物:在人类可以引起严重或致死的疾病,可能有预防和治疗的方法;第四级危害群微生物:在人类可以引起严重或致死的疾病,但通常无预防和治疗的方法,如炭疽杆菌、霍乱弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等。

实验室名称

澳大利亚:

澳大利亚设有三个BSL-4实验室。

(1)位于Geelong的,澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)下属的澳大利亚动物健康实验室(AAHL)。

(2)位于Coopers平原,隶属昆士兰卫生署(QLD)的病毒学实验室。

(3)位于北墨尔本的国家高安全实验室

巴西

巴西圣保罗大学Butantan研究所和阿道夫·鲁兹研究所等多个研究机构,但只进行BSL-3级别的生物安全实验。

加拿大

加拿大BSL-4设施位于多伦多的温尼伯国家微生物学实验室,建造于20世纪90年代。

捷克

位于捷克Pardubice, Těchonín的生物防御中心,1971年重建,2003-2007年启用

法国

位于里昂的让梅里昂实验室(Jean Mérieux laboratory),由巴斯德研究所和法国国民保健与医学研究所(INSERM)共建

加蓬

Franceville国际医学研究中心,是由法国政府支持的研究机构,也是西非唯一的BSL-4实验室。

德国

德国有两个BSL-4设施:

(1)位于马尔堡的菲利普斯大学病毒学研究所。

(2)位于里姆斯岛的弗里德里希·勒夫勒研究所(Friedrich Loeffler Institute on the Isle of Riems)

此外,新的P4实验室计划将在柏林罗伯特·科赫研究所和伯恩哈德·诺赫特热带医学研究所建成。

日本

日本的BSL-4实验室位于武藏村山市的国家传染病研究所病毒学一系和筑波的物理化学研究所(即理化研)。两个实验室有作为BSL-4的潜力,但是由于当地居民和社区的反对,它只能执行BSL-3的相关实验。

印度

印度的BSL-4实验室位于印度博帕尔的高安全动物疾病实验室(HSADL),处理各种人畜共患生物体和新兴传染病的威胁。此外,还有海得拉巴的细胞及分子生物学中心、新德里的全印度医学科学研究所以及隶属印度医学研究委员会,浦那的Microbial Containment Complex研究所

意大利

(1)位于罗马的国家传染病研究所(Istituto Nazionale Malattie Infettive )

(2)位于米兰波罗大学的路易吉·萨科医院(Azienda Ospedaliera Ospedale Luigi Sacco)

荷兰

位于比尔特霍芬的国家公共卫生和环境研究所(RIVM)实验室,于2009年年底完成建设。

俄罗斯

VEKTOR国家病毒学与生物技术研究中心,位于新西伯利亚地区。其他BSL-4设施在苏联时期已被拆除。

白俄罗斯

位于明斯克的流行病学和微生物学研究和实践中心

南非

国家特殊病原体传染病研究所是非洲仅有的两个BSL-4设施之一,也是非洲大陆唯一适合的实验室。

新加坡

国防科学组织(DSO)的国家实验室设有BSL-4设施。

瑞典

索尔纳的瑞典传染病控制研究所运营实验室。

韩国

在2014年埃博拉病毒在国际上扩散后,韩国政府增加了BL-4实验室的建设预算,并于2017年中期在忠清北道设立了奥松BL-4实验室。

英国

英国的BSL-4实验室多集中在Porton Down和伦敦地区,英国医学研发中心(UKCMRI)的BSL-4实验室正在建设中。

美国

美国保持至少8个生物安全4级设施,正在规划至少7个;

中国

湖北武汉BSL-4病毒实验室(中国科学院武汉国家生物安全实验室)