走近世界頂尖病毒實驗室

張夢旭 呂 強 劉玲玲 青 木 丁雨晴

目前，全世界已有超過30 個國家出現(xiàn)新冠肺炎確診病例。全球正與時間賽跑的人很多，除了病患、醫(yī)護人員，還有生物科學(xué)家。所有人都期盼著，他們能早日研發(fā)出疫苗，而實驗室便是他們的“戰(zhàn)場”。這樣的“戰(zhàn)場”在大部分人看來非常神秘，生物安全級別最高的生物安全四級實驗室（以下簡稱P4實驗室）更是如此。

美國：“我們不會秘密地做任何事情”

根據(jù)美國科學(xué)家聯(lián)合會的統(tǒng)計，美國目前共有13所正在運行、擴建或規(guī)劃中的P4實驗室，它們分布在佐治亞州、得克薩斯州等多個地方，其中一些是高校所屬，另外一些歸美國疾控中心、軍隊、國土安全部、州政府等所有或管理。

據(jù)有關(guān)報道，在實際操作中，實驗室安全措施中有一個問題可能會引發(fā)爭議：有關(guān)研究使用哪個級別的生物安全措施。按照美國的規(guī)定，P3實驗室適用于可能導(dǎo)致“嚴重或致命疾病”但通常并不人傳人的致病原因的研究，且此類疾病通常已有有效治療或預(yù)防方法；而P4實驗室適用于尚無預(yù)防或治療方法的疾病的研究。

獲得生物安全四級研究批準需要經(jīng)過詳細審查，比如波士頓大學(xué)國家新發(fā)傳染病實驗室取得相應(yīng)資格的批準程序花了3年多時間，在2017年底從P3 實驗室升級為P4 實驗室。該實驗室負責(zé)人羅納德·科利表示，他們運行的每個項目都受到多個地方和聯(lián)邦機構(gòu)的持續(xù)審查和監(jiān)控，而且所有研究計劃細節(jié)都向公眾公開，“我們不會秘密地做任何事情”。

這所實驗室建在高校云集的波士頓，可以充分利用多學(xué)科專家團隊。病毒學(xué)家保羅·杜普瑞斯長期研究麻疹和腮腺炎病毒，現(xiàn)正在研究尼帕病毒。據(jù)他介紹，該實驗室的一個優(yōu)勢是，科學(xué)家可以在這里同時進行生物安全二級、三級、四級的研究工作。研究員約翰·康納是一位微生物學(xué)副教授，他與加爾維斯頓國家實驗室和美國陸軍傳染病研究所進行合作，開發(fā)對埃博拉、馬爾堡和拉沙熱的診斷技術(shù)，這幾種病毒都屬于生物安全四級病毒。

成立于1969年的美國陸軍傳染病研究所是美國陸軍轄下最主要的防御性醫(yī)療研究單位，專門研發(fā)生物武器作戰(zhàn)的防御方式。不過2019年7月，美國疾控中心曾發(fā)現(xiàn)該研究所沒有足夠的系統(tǒng)對生物安全三級和四級實驗室操作產(chǎn)生的廢水進行凈化處理。目前，陸軍傳染病研究所正進行擴建，一棟占地7.7萬平方米的新大樓將取代擁擠的老辦公樓，計劃在明年投入使用。

專家否認存在好萊塢災(zāi)難片場景的可能性，比如轟炸一所P4 實驗室導(dǎo)致疫情暴發(fā)。“病原體能在劇烈的熱浪中自我毀滅，”美國生物安全威脅學(xué)者雷恩·薩勒諾說，“但隨著開展更多此類研究，意外泄漏、潛在被盜和被濫用的風(fēng)險將會增加，尤其是在國際層面。”他認為，“科學(xué)正遠遠走在政府監(jiān)管科學(xué)能力的前面”?！拔覀冋谶M行一場P3 和P4 實驗室‘繁殖比賽’，”曾在美國對外關(guān)系委員會擔(dān)任全球衛(wèi)生資深研究員的勞里·加勒特說，“擁有此類設(shè)施是一種顯示國家先進的標志。但這些實驗室的迅速增加也使世界上最危險的微生物不受限制地繁殖。”

南非：每月發(fā)布“公報”，幫助整個非洲

非洲擁有兩所P4實驗室，一所位于加蓬，主要為該大陸的法語國家服務(wù)；另一所是南非國家傳染病研究所，依托著撒哈拉以南非洲國家中最好的醫(yī)療條件，為南非政府、南部非洲發(fā)展共同體乃至整個非洲提供傳染病知識，并協(xié)助制定應(yīng)對政策。

南非國家傳染病研究所位于該國最大城市約翰內(nèi)斯堡。該研究所從事的研究項目與當?shù)亓餍胁‖F(xiàn)狀緊密相關(guān)，比如研究所的臨時執(zhí)行董事林恩·莫里斯教授是艾滋病領(lǐng)域的權(quán)威專家，她負責(zé)艾滋病疫苗的開發(fā)。南非是全球艾滋病感染率最高的國家之一，達到20%左右。

“努力為全球衛(wèi)生事業(yè)提供來自非洲大陸的最新傳染病信息和研究”，這是該研究所的目標，它每月發(fā)布提供最新地區(qū)傳染病資訊的《傳染病公報》。南非國家傳染病研究所的合作伙伴包括世界衛(wèi)生組織、非洲疾病控制和預(yù)防中心等。

拉響健康警報、發(fā)布疫情提醒，這是南非國家傳染病研究所發(fā)揮公共衛(wèi)生職能的重要組成部分。2月14日，當埃及宣布發(fā)現(xiàn)首例新冠肺炎病例（后經(jīng)多次檢測被排除）后，該研究所立即發(fā)布提醒，建議從所有出現(xiàn)新冠肺炎病例的國家和地區(qū)返回南非的人，在出現(xiàn)癥狀后進行自我隔離。

然而作為國家級實驗室，這家研究所的工作效率和職能受限等問題也曾被公眾詬病。2017年至2018年，南非發(fā)生李斯特菌造成的公共食品安全危機，上千人因為食用加工肉類被感染，死亡率高達20%。病例從2017年1月開始就出現(xiàn)了，但南非國家傳染病研究所到次年3月才追蹤到病菌源頭是一家南非企業(yè)生產(chǎn)的豬肉香腸，該國衛(wèi)生部才得以宣布從國內(nèi)外市場中召回問題食品，并暫停相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)。世衛(wèi)組織曾發(fā)出警告，因南非有毒食品流出而導(dǎo)致的疫情對其他16個非洲國家產(chǎn)生威脅，成為南部非洲有記錄以來的最大規(guī)模李斯特菌病疫情。

據(jù)南非《商業(yè)日報》報道，這次疫情暴露了當?shù)卣畯钠髽I(yè)和私人實驗室獲取病原樣本信息的權(quán)力不足。當時，南非國家消費者委員會中只有1/4的企業(yè)成員愿意提供受污染食品清單，另外，僅兩個私人食品檢測實驗室共享了可用于基因組測序的李斯特菌分離株，其他機構(gòu)則以保密為由拒絕了國家實驗室的請求。此次事件后，南非政府總結(jié)教訓(xùn)，加大了食品安全相關(guān)法律的立法和執(zhí)法力度。

德國：從進入到走出實驗室需經(jīng)過20多道程序

德國共有4所P4實驗室，其中一所位于歐洲最大的教學(xué)醫(yī)院柏林夏里特醫(yī)學(xué)院維爾肖醫(yī)院校區(qū)旁邊，這樣能更有效地利用雙方資源，減少病原體運輸?shù)娘L(fēng)險。柏林夏里特醫(yī)學(xué)院也是德國傳染病定點醫(yī)院。這所實驗室在2018年7月底投入運營，一般拒絕訪客進入。

該實驗室負責(zé)人介紹說，實驗室擁有單獨的通風(fēng)、供水和供電系統(tǒng)，可完全獨立運作，其排出的氣體也經(jīng)過多級別的過濾系統(tǒng)，以保證殺死可能存在的致病原。相關(guān)人員從進入到走出實驗室需要經(jīng)過20 多道程序，進入時包括輸入密碼、換上防護內(nèi)衣、穿戴防護服和氧氣罩、走過四道閘門等，走出時需要對防護服消毒、淋浴等。實驗期間，不能喝咖啡或者抽煙，不得與他人交頭接耳。因為一旦有一位工作人員手持尖銳物如針頭或解剖刀，受傷的風(fēng)險會增加。實驗室還采取“四眼原則”，即工作時會由另一位工作人員進行監(jiān)督。如果有員工發(fā)燒，必須立即向?qū)嶒炇邑撠?zé)人和專門的醫(yī)生報告，然后共同檢查實驗室的情況。

此外，只有受過訓(xùn)練和有經(jīng)驗的員工才能在P4實驗室工作。所有工作須遵循規(guī)定的程序，并由P4實驗室的生物安全人員定期檢查。該P4實驗室由柏林衛(wèi)生和社會福利局等單位頒發(fā)許可證，相關(guān)機構(gòu)也對其進行監(jiān)督，每年定期檢查。

在此次新冠肺炎疫情中，德國馬爾堡大學(xué)由于在研發(fā)疫苗方面正發(fā)揮重要作用也受到廣泛關(guān)注。該實驗室每年獲得約1150萬歐元的日常經(jīng)費，著名的馬爾堡病毒就取自于其所在地名，因為在這座城市首先發(fā)現(xiàn)了這種病毒。目前，該研究所在所長貝克爾教授的帶領(lǐng)下，與德國傳染病研究中心等聯(lián)合開發(fā)全新疫苗平臺。該平臺采用一種模塊化設(shè)計，以此來加快抗原和病毒的匹配。貝克爾認為，找到新冠病毒的疫苗至少也要一年時間。

圍繞病毒實驗室的運作，德國在感染保護法、生物物質(zhì)條例、基因工程法等法規(guī)中對相關(guān)措施作出了詳細規(guī)定。比如，只有獲得許可才能使用病原體；必須采取保護員工安全和健康以及防止擴散的保護措施等。

法國：“盒中盒”結(jié)構(gòu)設(shè)計成為范本

在法國里昂，坐落著世界上數(shù)一數(shù)二的病毒實驗室——法國國民保健與醫(yī)學(xué)研究所讓·梅里埃P4實驗室（以下簡稱里昂P4 實驗室），它致力于研究高致病性病毒和主要的出血熱病毒。就是在這里，研究人員于2014年3月證實了肆虐西非的埃博拉病毒應(yīng)為扎伊爾型埃博拉病毒。除了研究最新病毒，里昂P4實驗室也對歷史上舊的、變種的病毒進行深入研究、建檔，并尋找治療方法。

從外形上看，里昂P4 實驗室位于一棟灰黑色建筑物內(nèi)。主樓分為三層：上層是空氣過濾區(qū)；下層是廢物處理區(qū)；中層為真正的核心實驗區(qū)。主樓旁邊有一座兩層附屬樓，負責(zé)實驗準備及實驗室安全，全部由計算機進行中央控制。

在安全性方面，里昂P4實驗室為許多后來建設(shè)的生物安全實驗室提供了范本和借鑒經(jīng)驗，包括位于武漢的P4 實驗室。里昂P4實驗室采用“盒子中的盒子”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，外層全部用玻璃和鋼材建成，被認為是“新一代四級生物安全實驗室的首創(chuàng)”。實驗室內(nèi)層是負壓的密封空間，科研人員靠獨立的供氧系統(tǒng)呼吸，與外界空氣不發(fā)生接觸。

法國在生物核心技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)方面占有一定優(yōu)勢，里昂P4實驗室因此擁有強力的技術(shù)支持。比如，該實驗室使用的正壓工作服，其頭部是透明的充氣罩，下端連接著呼吸帶，呼吸帶另一端懸掛連接在屋頂?shù)墓艿郎?，保證科研人員在防護服內(nèi)進行呼吸循環(huán)。資料顯示，這種由法國一家公司生產(chǎn)的防護服在全球高等級實驗室中使用率排名第一。

這家實驗室在2005年轉(zhuǎn)由法國國民保健與醫(yī)學(xué)研究所管理后向全球科學(xué)界開放，來自不同國家的研究團隊可申請在該實驗室進行相關(guān)研究。近年來，該實驗室規(guī)模在政府和民間資金的支持下不斷擴大，不僅研究范圍涉及幾乎所有已知烈性病毒，同時學(xué)科分類更加細致，涵蓋病原生物學(xué)、病毒與宿主的相互作用關(guān)系等。