‘壹’ P4实验室为什么在武汉
01 因为中国科学院武汉国家生物安全四级实验室具有开展高级别高致病性病原微生物实验活动的能力和条件,因此通过了国家卫计委高致病性病原微生物实验活动现场评估,成为中国首个正式投入运行的P4实验室。
2015年01月31日,中国科学院武汉国家生物安全实验室(武汉P4实验室)在武汉建成,标志着中国正式拥有了研究和利用烈性病原体的硬件条件。
在SARS爆发后,我国政府战略性启动P4实验室的建设。武汉P4实验室由中国科学院和武汉市人民政府共同建设,中科院武汉病毒所承建,参照国际上高等级生物安全实验室的建设要求和中国相关的建设标准,在引进法国里昂P4实验室技术和装备基础上,中法双方设计单位合作完成了实验室的设计,中国建设单位完成了实验室的建设和主要设施设备的安装,历经逾十年终于建成世界上最先进的P4实验室。
武汉P4实验室是“中法新发传染病防治合作项目”重要内容之一,是国家投资建设的大科学工程装置之一。该实验室是国家高等级生物安全实验室体系的重要组成部分,也将成为我国公共卫生防御体系的重要组成部分和国内外传染病防控研究的技术平台。
新落成的武汉P4实验室将经过认证认可和实验活动资质许可,才可投入使用。专家表示,他们希望尽快在这间实验室内开展针对埃博拉病毒等烈性传染病的基础研究。
新落成的P4实验室位于武汉市江夏区的中科院武汉病毒所郑店园区内。整个实验室呈悬挂式结构,共分为4层。从下自上,底层是污水处理和生命维持系统;第二层是核心实验室;第三层是过滤器系统;二层和三层之间的夹层是管道系统;最上一层是空调系统。所有一层、三层、四层、夹层均是为了保证二层核心实验室的正常运行,保证实验室里面是单向气流,是一个负压状态。300多平米的二楼核心实验室区域大致分为3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室、消毒室等。 P4实验室拥有更为严格的人员进出制度。进入P3实验室可能需要花费10分钟,而进入P4实验室就要花费至少半小时进行层层消毒,包括沐浴、二更、缓冲等步骤,才能入内。进入实验室的研究人员都必须换上隔离正压防护服。这种防护服头部是透明的充气罩,下端连接着一条蓝色的呼吸带,呼吸带另一端悬挂连接在屋顶的管道上,这样保证研究人员在防护服内进行呼吸循环,和外界空气不发生任何接触。工作人员离开实验室时也必须经过化学淋浴消毒正压防护服表面。P4实验室能同时容纳12名实验人员,允许进入实验室的科研人员需要经过严格的培训。截至2015年1月中科院武汉病毒所已有6名科研人员经过培训,获得法国BSL-4(相当于P4)使用许可证书,还有2名科研人员正在国外接受培训。除了对研究人员的保护,为了保证周围环境的安全,P4实验室从各方面进行了安全防控,所有排出的气、水、物等都必须经过严格处理、达到标准才能排放。什么样的病原要在P4实验室中进行研究?专家说,所有病毒都会依据风险进行危害评级,比如埃博拉病毒属于4级危害,其培养和动物感染实验必须在P4实验室进行。有些病毒的传播风险尚不明确,也需要运输到P4实验室,进行高一级别的研究。
功能定位
实验室将承担三大功能,即一是成为我国传染病预防与控制的研究和开发中心;二是烈性病原的保藏中心和联合国烈性传染病参考实验室;三是作为我国生物安全实验室平台体系中的重要区域节点,在国家公共卫生应急反应体系和生物防范体系中发挥核心作用和生物安全平台支撑作用。
实验室建立的设施设备维护、生物安全和生物安保管理、科研支撑服务队伍,将为实验室正常运行和应急处置的运行管理模式和应急反应体系提供有力支撑,同时,将建立高等级生物安全实验室透明、开放的实验室文化。
意义与目标
当前,除中国外,全球公开的仅有法国、加拿大、德国、澳大利亚、美国、英国、加蓬(法国巴斯德所)、瑞典和南非9个国家拥有P4实验室。中科院称,该项目的建成,标志着我国正式拥有了研究和利用烈性病原体的硬件条件,为我国公共卫生科技支撑体系再添重器。
武汉P4实验室主任袁志明说,该实验室建设的总目标是成为新发传染病疾病的研究和开发中心、烈性病毒的生物资源中心和联合国世界卫生组织的传染性疾病参考实验室,并纳入中法新生疾病合作研究框架中,最终成为我国新生疾病研究网络的核心部分。
‘贰’ 生物安全四级实验室的定义
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P1、P2、P3和P4共四个生物安全等级。“P”是英文Protect(保护)的缩写。第四级即P4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。
探秘 P4实验室
P4实验室是全球生物安全最高级别的实验室,目前中国大陆地区公开的武汉一所在建设中。(1月31日,中国科学院武汉国家生物安全实验室(即武汉P4实验室)在武汉竣工,这是我国,也是亚洲首个即将运行的P4实验室 )。 P4实验室结构和设施、安全操作规程、安全设备适用于对人体具有高度的危险性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明,目前尚无有效的疫苗或治疗方法的致病微生物及其毒素。与上述情况类似的不明微生物接触,也必须在 P4实验室中进行。待有充分数据后再决定此种微生物或毒素应在 P4实验室还是在较低级别的实验室中处理。正因为如此,有人把 P4实验室叫做“魔鬼实验室”,这个实验室中装有特殊的空调系统,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。实验室采用定向负压系统,其核心区的压强达到负40帕,这样实验室空气的流动,只能是通过高效过滤器从外面进来,而保证实验室内的空气不向外流动。
P4实验室的设计不尽相同,典型的 P4实验室由更衣区、过滤区、缓冲区、消毒区、核心区组成。在实验室的四周装有高效空气过滤器。到达实验室的核心区,总共有10道门,最里面的7道门是互锁的,也就是说,如果一道门没有关好,另一道门肯定打不开,这样避免空气的流通。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。
从 P4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 P4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 P4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 P4实验室在法国
法国第二大经济城市里昂是重要的医药工业研究、生产基地,有许多着名的医药生产企业、研究实验室和生物工业开发园区,那里有目前世界上最先进的高危病毒实验室———让.梅里厄 P4实验室。这个实验室1999年3月开始运作,目标除了研究最毒、最新的病毒,也对历史上旧的、变种的病毒作深入的研究、建档,并找出治疗的方法。
实验室取名让.梅里厄,是为了纪念疫苗专家、因飞机事故不幸英年早逝的让,他的夫人和4个女儿将他的遗产慷慨地捐献出来,为筹建 P4实验室奠定了资金基础。面积仅为600平方米的实验室造价达4000万法郎,其中的仪器设备价值1000万法郎,每年的运行维持和实验费用是190万欧元。
里昂的 P4实验室全部用由玻璃和钢材建成,被一致公认为“新一代 P4的首创”。其主楼分为三层:上层是空气处理区,保证实验室人员和动物的呼吸用气及实验室空气的消毒;下层是废物处理区,对实验室器材和实验垃圾进行消毒;中层为真正的 P4区。方形主楼的旁边,还有一个两层的、半圆柱形的、金属附属楼,负责进行实验准备,控制实验室的安全,全部由计算机实行中央控制。 P4区主要有两个面积为60至70平方米、相互独立的实验室和一个动物试验室,设计原则是将它们置于“盒子中的盒子”。研究人员进出入实验工作台,必须经过这样的程序:用通行卡和个人密码打开实验区的第一道门,进入房间脱衣、进行清洁淋浴、穿上类似潜水员的密封服;进入另一室检查服装的密封性;再开一道门,即可进入动物实验室;此后,还有两道门将存放病菌的恒温箱和实验厅分开。需要说明的是,在进入动物实验室之前的每一个房间都是逐步减压的,房间的门上都安装充气密封垫,以防止病菌往外扩散。
生物安全非同小可
世界卫生组织( WHO)一直非常重视生物实验室安全问题,早在1983年就出版了《实验室生物安全手册》,将传染性微生物根据其致病能力和传染的危险程度等划分为四类;将生物实验室根据其设备和技术条件等划分为四级;其相应的操作程序也划分为四级,并对四类微生物可操作的相应级别的实验室及程序进行了规定。2003年4月《实验室生物安全手册》(第三版)以电子版的形式在 WHO网页上问世。
我国在生物安全方面也制定过一些相应的条例和法规。中华人民共和国卫生行业标准( WS233-2002)《微生物生物医学实验室生物安全通用准则》中对生物安全三级( P3)实验室进行了规定。
P4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。
P4实验室管理上的疏漏和意外事故,不仅可以导致实验室工作人员的感染,也可造成环境污染和大面积人群感染。国内外实验室意外感染的事故并不少见,严重者不得不宰杀成千上万只实验动物,甚至导致实验室工作人员死亡。管理愈不规范,防护条件愈差,发生意外事故的可能性就愈大。因而,通过防范和控制生物危害,借以维护国家社会、经济及人民健康、生态环境安全,是生物安全的根本任务。
‘叁’ 世界有几个p4实验室
全球高危P4实验室
零壹贰012
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P4实验室是目前人类所拥有生物安全等级最高的实验室,也是专用于烈性传染病研究的大型装置,像埃博拉病毒这样的对人体具有高度危险性但尚无预防和治疗方法的病毒必须在P4实验室中进行研究。因此,P4实验室被誉为病毒学研究领域的“航空母舰”。
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,其中非洲大陆只有两个,分别位于南非和加蓬。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,下面介绍其中几个有代表性的实验室。
澳大利亚P4
澳大利亚动物健康实验室位于维多利亚州的吉朗,是世界上着名的动物生物学研究机构,能够从事感染性疾病的基础性研究和其他复杂的生物学研究。维多利亚州北墨尔本的维多利亚传染病研究所下属的国家高安全性实验室主要开展病毒学、微生物学、流行病学和分子生物学研究,重点研究脊髓灰质炎病毒和结核分支杆菌。除一个标准的BSL-4实验室外,还有两个BSL-3实验室。
加拿大P4
加拿大国家微生物学实验室位于曼尼托巴省温尼伯的加拿大人畜健康科学中心,包括一个BSL-4和多个BSL-3、BSL-2实验室。其BSL-4实验室于1982年开始设计建设,历经18年,于2000年3月投入运行。研究方向有埃博拉病毒、马耳堡病毒和拉萨热病毒等。
法国P4
法国里昂的让·梅里厄实验室是欧洲第一个BSL-4实验室,也是世界上最先进的生物安全实验室。它于1999年3月竣工并投入运行。该实验室采用“盒子中的盒子”设计,外观新颖。其外层由钢筋和玻璃构成,内层是负压的密封空间。BSL-4核心区面积为1000平方米,分为三层:上层技术区、下层技术区、BSL-4工作区和安全通道区。BSL-4工作区为两个面积为60~70平方米、相互独立的实验室和一个独立的动物实验室构成。主要从事烈性病毒的检测、诊断、致病机理和疫苗研究,研究的主要有埃博拉病毒、拉萨热病毒、马耳堡病毒、登革热病毒和出血病毒等。
德国P4
位于汉堡的热带医学研究所有一个BSL-4实验室。此外,柏林的罗伯特·科赫研究所(RKI)也正在新建一个BSL-4实验室。作为维护公共卫生的最重要机构之一,RKI在预防和打击传染病以及卫生系统长期公共卫生趋势分析中起着重要作用。其科学家对各种病原体的分子性质和传播模式进行研究,不仅包括细菌和病毒,还包括像BSE(疯牛病)病原体的真菌,寄生虫和朊病毒。
日本P4
国家传染病研究所1981年在东京都的武藏村山市建立了BSL-4设施,但是一直作为BSL-3实验室运作。鉴于埃博拉疫情的需要,该设施于2016年申请作为BSL-4实验室运行。另外,长崎大学计划在2020年左右建成一座规模较大的BSL-4实验室。
南非P4
南非国立病毒研究所(NIV)成立于1976年,后来在其基础上改建而成国立传染病研究所(NICD),并于2002年4月在约翰内斯堡建成一个BSL-4级的实验室。这里主要研究HIV病毒的行为以及病毒与宿主的关系,同时还从事埃博拉病毒、出血热病毒、马耳堡病毒、裂谷热病毒、拉萨热病毒和其他呼吸道病毒研究。
美国P4
美国建成的BSL-4实验室有四个,其中一个在马里兰州德特里克堡的美国陆军传染病医学研究所(USAMRIID)内,除一个1000平方米的BSL-4实验室外,还建有5000平方米的BSL-3实验室,从事细菌病原学、病毒学及诊断与医学方面的研究。还有一个BSL-4实验室隶属于总部位于佐治亚州亚特兰大的美国疾病预防控制中心(CDC),是世界上最后的天花病毒两个保存地之一。而位于蒙大拿州的隶属于国家感染性疾病研究所的洛基山实验室也在新建一个700平方米的BSL-4实验室。
‘肆’ 全球有多少家病毒研究所
全球有19家病毒研究所,如下:
一、美国国内有13家P4实验室
根据美国科学家联合会的统计,美国目前共有13所正在运行、扩建或规划中的生物安全四级实验室(以下简称P4实验室),它们分布在佐治亚州、得克萨斯州等多个地方,其中一些是高校所属,另外一些归美国疾控中心(CDC)、军队、国土安全部、州政府等所有或管理。
成立于1969年的美国陆军传染病研究所是美国境内四个拥有已经建成的P4实验室的单位之一。而这个实验室研究的病毒都是高致命性的,例如埃博拉、黑死病、鼠疫等等。虽然这是美国陆军下属的研究所,也是军方的P4生物实验室,但是因为很多项目跟民间息息相关,而且项目的经费来源有不少也是从政府划拨,所以在业务上美国疾病与控制中心(CDC)对这个实验室有指导权。
2019年7月到8月,这个美国陆军P4生物实验室内部报告了两次泄漏,导致美国疾控中心在迅速实施现场检查和评估后,第一时间停止了该实验室的高级研究项目。
另外,乌克兰国家网站近日发表一篇深度调查报告,详细描述了美国在乌克兰设立的生物病毒及细菌的实验室。据悉,美国在世界各地有400多个细菌实验室,其中乌克兰至少有15个。美国驻乌克兰大使馆承认,在乌克兰有五角大楼资助的生物实验室。
美国国会下属监察机构政府问责局2009年的一份报告曾称,在此前10年里,美国的P3实验室发生了400起事故。
另有数据显示,1978年至1999年,全世界大约有1200人受到来自P4实验室病毒的感染,其中22人病危。
二、其他国家P4实验室
1、澳大利亚P4
澳大利亚动物健康实验室位于维多利亚州的吉朗,是世界上着名的动物生物学研究机构,能够从事感染性疾病的基础性研究和其他复杂的生物学研究。维多利亚州北墨尔本的维多利亚传染病研究所下属的国家高安全性实验室主要开展病毒学、微生物学、流行病学和分子生物学研究,重点研究脊髓灰质炎病毒和结核分支杆菌。除一个标准的BSL-4实验室外,还有两个BSL-3实验室。
2、加拿大P4
加拿大国家微生物学实验室位于曼尼托巴省温尼伯的加拿大人畜健康科学中心,包括一个BSL-4和多个BSL-3、BSL-2实验室。其BSL-4实验室于1982年开始设计建设,历经18年,于2000年3月投入运行。研究方向有埃博拉病毒、马耳堡病毒和拉萨热病毒等。
3、法国P4
法国里昂的让·梅里厄实验室是欧洲第一个BSL-4实验室,也是世界上最先进的生物安全实验室。它于1999年3月竣工并投入运行。该实验室采用“盒子中的盒子”设计,外观新颖。主要从事烈性病毒的检测、诊断、致病机理和疫苗研究,研究的主要有埃博拉病毒、拉萨热病毒、马耳堡病毒、登革热病毒和出血病毒等。
4、德国P4
位于汉堡的热带医学研究所有一个BSL-4实验室。此外,柏林的罗伯特·科赫研究所(RKI)也正在新建一个BSL-4实验室。作为维护公共卫生的最重要机构之一,RKI在预防和打击传染病以及卫生系统长期公共卫生趋势分析中起着重要作用。其科学家对各种病原体的分子性质和传播模式进行研究,不仅包括细菌和病毒,还包括像BSE(疯牛病)病原体的真菌,寄生虫和朊病毒。
5、日本P4
国家传染病研究所1981年在东京都的武藏村山市建立了BSL-4设施,但是一直作为BSL-3实验室运作。鉴于埃博拉疫情的需要,该设施于2016年申请作为BSL-4实验室运行。另外,长崎大学计划在2020年左右建成一座规模较大的BSL-4实验室。
6、南非P4
南非国立病毒研究所(NIV)成立于1976年,后来在其基础上改建而成国立传染病研究所(NICD),并于2002年4月在约翰内斯堡建成一个BSL-4级的实验室。这里主要研究HIV病毒的行为以及病毒与宿主的关系,同时还从事埃博拉病毒、出血热病毒、马耳堡病毒、裂谷热病毒、拉萨热病毒和其他呼吸道病毒研究。
‘伍’ 什么叫P4实验室
P4实验室也称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。