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能研究新型冠状病毒(nCoV-2019)的生物安全四级BSL-4实验室

由于气候变暖和栖息地的减少,野生动物和人类产生了更多的交集。你或许不知道,75%的新传染病来源于动物。

能研究新型冠状病毒(nCoV-2019)的生物安全四级BSL-4实验室

蝙蝠是SARS和埃博拉病毒的来源 © IVKUZMIN/DREAMSTIME.COM

在过去的20年里,出现了数十种具有高度传染性的疾病,其中包括我们耳熟能详的艾滋病(源自黑猩猩)、SARS(源自蝙蝠)、埃博拉(源自蝙蝠)、亨德拉病(一种可以感染人和马的罕见人畜共患疾病),它们的起源大都是(野生)动物。

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2003-2003年的非典疫情时带着口罩的人@reuters

只有好好研究这些致死传染病的病原体,人类才能有对抗它们的方法。

那么现在问题来了:研究新型冠状病毒nCoV-2019)这样的危险未知病原体的实验室长什么样呢?

能研究新型冠状病毒(nCoV-2019)的生物安全四级BSL-4实验室
实际上,根据世界卫生组织的《实验室生物安全手册》(Laboratory Biosafety Manual ),生物实验室按照研究对象的危险程度分为四类,最低的生物安全防护水平叫做BSL-1,最高的是BSL-4。而对新型冠状病毒这样的新品种的研究往往是在安全等级最高的那一类,也就是BSL-4实验室里进行的。

针对这4个污染层次,不同国家的标准略有不同。但是一般来说,大学的基础实验室属于BSL-1,没有特殊的安全设施,研究员只需要勤洗手就好了。一些没有传染性的病菌就可以在这样的环境里得到研究。

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从BSL-2实验室开始就会专门设置生物危害标志,研究人员也需要穿防护服。甲肝乙肝丙肝的病毒、腮腺炎病毒等病原体一般就是在BSL-2实验室里进行的。

BSL-3实验室的研究对象就更危险了,它们的致死率和传染性都更强,炭疽杆菌、结核杆菌、SARS冠状病毒就属于这一类,因此这个级别的实验室的安全措施也更多。

了解BSL-4实验室

而危险性最高的生物实验室 —— BSL-4实验室里研究的病原体通常是最危险的,人类对它们了解不多,也往往也没有治疗的方法。埃博拉、天花,还有新型冠状病毒一般都是在这种级别的实验室里进行研究的。

此级别需要处理危险且未知的病原体,且该病原体可能造成经由气溶胶传播之病原体或造成高度个人风险,且该病原体至今仍无任何已知的疫苗或治疗方式,如阿根廷出血热与刚果出血热、埃博拉病毒,马尔堡病毒,拉萨热,克里米亚-刚果出血热,天花,以及其他各种出血性疾病。当处理这类生物危害病原体时,实验人员需强制性地穿戴独立供氧的正压防护衣。生物实验室的四个出入口将配置多个淋浴设备。同时有真空室与紫外线光室,及其他旨在摧毁所有的生物危害的痕迹之安全防范措施。同时,所有出入口都为气密式,并且被以电脑控制上锁,以防止在同一时间打开两个门。所有的废气及废水的排放,使用生物安全4级(或P4)实验室进行类似的消毒程序,以减少意外释放的可能性。

当一个病原体被怀疑或可能有抗药性时都必须在BSL-4实验室进行处理,直到有足够的数据确认前,都必须在该等级之实验室持续工作。 实验人员必须对于他们在处理极其危险的传染性有具体和深入的培训,同时理解严格的标准、特殊的措施、防护配备及工作目标。他们会被与受过训练或曾实际处理这些病原体的合格科学家监督。且实验室的出入受到实验室主任的严格控制。四级生物安全实验室是在一个单独的建筑物或在控制区域内的建筑物,同时与该区域内其他建筑物完全隔离。且该实验室必须建立防止污染的计划,需要经常使用负加压设备并准备或采用一个特定设备操作手册。如此一来即使实验室受到损害,也能抑制透过气溶胶传播之病原体在环境中的爆发。而实验室内的所有实验活动只限于在III级生物安全柜中进行,或II级生物安全柜,且只有装备生命支持系统及通过正压通风的实验者才能使用。

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大多数国家的BSL-4实验室数量都是个位数。在我国,只有中科院武汉国家生物安全实验室以及哈尔滨的国家动物疫病防控高级别生物安全实验室属于BSL-4,它们也叫做P4实验室,超厉害。

中国科学院武汉国家生物安全实验室(National Biosafety Laboratory, Wuhan (NBL)),简称武汉P4实验室,位于湖北省武汉市江夏区中国科学院武汉病毒研究所郑店园区,是中科院和武汉市政府合作建设的P4实验室,于2015年1月31日竣工,2018年1月5日正式运行[1],是中国首个生物安全第四等级实验室(BSL-4实验室),亚洲第三个生物安全第四等级实验室。

今年1月23日在预印本网站 BioRxiv 上发表论文称新型冠状病毒的原生动物宿主可能是蝙蝠的石正丽团队就来自武汉P4实验室所属的中科院武汉病毒所。

能研究新型冠状病毒(nCoV-2019)的生物安全四级BSL-4实验室

中科院武汉国家生物安全实验室 @nbl.whiov.ac.cn

我们一起来围观一下世界上顶级的 BSL-4 实验室吧。

我们围观的这个顶级BSL-4 实验室位于澳大利亚,它就是澳洲联邦科学与工业研究组织(CSIRO)下属的澳洲动物健康实验室(AAHL)。

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AAHL 是澳洲最高安全等级的生物实验室,同时也是世界上最尖端的生物安全实验室。遇到不明的动物或人畜共通病,比如亨德拉病毒时,整个澳洲就要靠它来研发检测和治疗方法。

AAHL还上过好莱坞灾难片《传染病》,在电影里它就是本色出演,作为世界上安全级别最高的生物实验室登场。

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有BSL-4实验室出现的电影及剧集

  • 《危机总动员》
  • 《生化危机》
  • 《传染病》
  • 《L:最终的23日》(死亡笔记)
  • 《双螺旋Helix》
  • 《恐怖地带》
  • 《血疫》
  • 《破案神手》

来看看AAHL的内部

在进入实验室之前,要先经过过渡区——气闸室。而在进入气闸室之前,所有的衣物,包括小内内,还有名牌都要脱光光,放到边上的衣柜里。

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脱完衣服后,像这样按一下一个和飞机马桶按钮差不多的东西,听到噗的一声,就进入气闸室了。这里面是给洗澡消毒用的,不给拍,大家脑补一下就好。

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洗完澡要赶紧滚去穿防护服。

BSL-4实验室的防护服很特别,一般用的最尖端的生物防护服之一——正压防护服。正压防护服有独立的输气管,里面通有呼吸用的氧气。防护服内的空气和实验室空气隔离,而且压强更大,这样就不怕实验室的气体进入防护服了。

穿之前,要先给正压防护服加压,看看有没有泄漏。

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然后套上,连上氧气管。

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科学家们穿上防护服以后就像加强版派大星。穿好后,和致命病毒只有一膜之隔的世界——所谓的热区(hot zone)就开启了。

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AAHL 的动物中心可以养殖和研究世界上几乎任何已知动物和病原体。因此在这里,科学家们可以用活体小型动物,甚至昆虫做研究,这是很多BSL-4实验室做不到的。

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AAHL的实验室主管 Alex Hyatt 表示,该实验室是世界上第一个能够用病毒感染活细胞,并用显微镜追踪病毒从进入细胞、复制到离开细胞一系列过程的实验室。

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这个工作区可以容纳至多12个科学家同时工作。这里有二级生物安全柜和病原体的培养箱。

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病毒就在培养箱里面复制养成。

病毒养大了就要开始做研究了。研究人员用这个移液器把病毒样本取出来。在做这种高危操作的时候,除了操作的科学家,还必须有另外一个人在旁监督。

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你可能好奇安全柜是干嘛的?长什么样?

大家看到的下面这个有一层透明挡板的操作台实际上是生物安全柜,它带有HEPA滤网,内部负压因此气体不会散出,这样可以避免有害的气溶胶感染实验者。一般来说BSL-2级的实验室就有这种生物安全柜了。

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弄完了之后麻利消毒。

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这里还有一种特殊的显微镜,用它可以做污染程度最高的研究。

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看看,这是病毒在干死细胞的作案现场。

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当然了,作为BSL-4实验室,这里的键盘都是特质的。只有带了3层手套的情况下,才能使用实验室里的特质键盘、电话和显微镜。

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在一玻璃之隔的控制室里,其他观摩学习的科学家不需要穿正压防护服。他们可以实时观看研究图片,和实验室里的研究人员交流,还可以远程控制显微镜。众所周知,控制室的另外一个功能就是为丧尸病毒袭击研究者提供第三人称视角。

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在过去的十几年里,这个实验室就是靠这些设备研究了好几种新型传染病,比如马流感、亨德拉病,还有SARS。

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正在研究的致命病毒会写在白板上

当然,光是防护服这些还不能让外面的人安心。病毒那么小,万一泄漏出来怎么办?

这也被考虑到了。作为一个BSL-4实验室,实验室的一切都受到24小时的监控。任何离开的东西都要经过消毒。

比如空气会被过滤,所有的下水道都会被加热消毒,固体废物会被焚烧。

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AAHL的空气滤网

所有离开实验室的人员的身心也要被净化。他们先要让防护服冲一个7分钟的化学浴,然后脱去防护服。

脱光光后,到这个气闸室里用沐浴露广告的动作洗白白。在离开安全区之前,还要再洗一次。我觉得喵星人不太适合做BSL-4实验室研究者。

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出去之后,研究所的人员在7天内不能接触任何家禽家畜,以防感染无辜的小动物。

话说回来,许多国家已经在各自的BSL-4实验室里紧锣密鼓地进行新型冠状病毒的识别和研究工作了。

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加拿大国家微生物实验室的研究者正在研究新型冠状病毒

比如,属于BSL-4实验室的加拿大国家微生物实验室利用从疑似感染者的鼻子和喉咙里提取的粘液分离病毒的RNA,然后和新型冠状病毒的RNA进行对比,看看它们到底是不是新型冠状病毒。目前加拿大有6人出现了疑似新型冠状病毒感染的症状,但还没有人确诊。

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