作者 老韩

新冠病毒以我们没有想到的速度席卷了全球，这么说或许有点夸张。但时至今日，已有超过57个国家出现了新冠确诊病例，日本、韩国、伊朗、意大利等国的情况则着实令人担忧。

所以，除了患者和医护人员之外，还有生物科学家们也在与时间赛跑。

所有人都在盼望着，他们能早日研发出攻克新冠病毒的疫苗和药物，而他们的战场则在生物实验室中。经此一役，很多普通人都知道了一个词——P4实验室，但我们并不知道这个实验室是干嘛的？P4又是什么意思呢？

P4实验室的P，就是英文protect的简称，简单直译就是防护；而4，则是指级别。说白了，P4实验室指的就是防护等级为4级的生物实验室。

世界卫生组织的《实验室生物安全手册》（Laboratory Biosafety Manual ）中，会按照不同病原体传染性、致病程度、传染途径以及来源等，采取不一样的防护措施，这就要求实验室的生物安全等级也不同。

那么最低的生物安全防护水平叫做BSL-1，最高的是BSL-4，也就是我们听说过的武汉病毒研究所p4实验室，它正式的名称是4级生物安全（Biosafety Level-4，BSL-4）实验室。

那不同级别实验室都在研究些啥，又是怎么做防护的呢？ 让我们先从最低级别的说起。

P1:大多不致病，勤洗手足矣

p1实验室场景示例

你看，这就是最基础的P1实验室场景，就像我们在高中做生物实验就能碰到的——

桌子（A）放个仪器就能开工。穿上白大衣，戴着手套、护目镜等基础措施就可以满足防护，而且戴不戴也没有硬性规定（B）。大部分的大学实验室都是这个级别了。

既然防护这么轻松，那就说明研究的对象是不易让健康成人染病、对实验室和周围环境潜在危害也很小的微生物。

我们举个例子，典型的BSL-1微生物就是大家熟知的大肠杆菌不致病毒株，长下面这个样子。

从健康角度嘛…说白了，P1实验室的病毒不致病、不传染。

但即便如此，这里也必须有洗手的水槽，因为勤洗手，是防护的第一关。

P2:致病可防控，手眼都要罩得住

级别到了P2，实验室的装备就要换上自动感应门——免除了按电梯的苦恼，增加了生物安全柜（B）——防止气溶胶和飞沫感染，还会配备高压灭菌器——消除微生物污染。

大家注意这里提到了气溶胶和飞沫，所以就病毒防护来说，洗手显然已经不够了，这里增加了随时可用的洗脸盆和洗眼器。

p2实验室工作场景示例

工作时开始要求穿戴防护设备，除了实验服、手套、护目镜，还需要有面罩（A）。

你看，最大的防护集中在手部和面部，这是因为手怕沾，眼怕溅。说到这儿，咱们说句题外话，为什么做了多年医生的人从来不会用手搓眼睛、摸鼻子？

这就是职业习惯所形成的自我保护。

P2实验室研究的微生物通常是当地的病毒（本地货色），它们引起的疾病很少是严重的，通常都有预防和治疗方法。

典型的BSL-2微生物是金黄色葡萄球菌（见下图），这种病菌引起的疾病中最常见的是食物中毒，除此之外，我们熟知的甲肝、乙肝、丙肝等传染病的研究都是在这里完成的。

典型的BSL-2微生物——金黄色葡萄球菌

那么从健康角度来说，P2实验室的病毒致病不致命，可防可治。

它们防护重点是勤洗手，护住眼。

所以你看，传说中的生物实验室其实离我们并没有那么遥远。

下面请拿稳你的手机，我们即将离开「致病区」，进入「致命区」……

P3:致命可治，筛选人员严密隔离

P3实验室主要用于研究通过呼吸道传播的可引起严重或致命性疾病的微生物。

说到「呼吸道传播」，大家是不是立刻想到了这次的飞沫传染？

没错，呼吸道传播是传染病的第一大传播途径，什么流感、白喉、麻疹、百日咳、肺结核......全是呼吸道传播。

简单地说，P3实验室研究的微生物特点呼吸道传播而且可致死。

那么这里研究的病原体可能是本地的，例如SARS冠状病毒，也可能是外来的，例如中东呼吸综合征（MERS）病毒。

典型的BSL-3微生物是结核杆菌，也就是导致结核病的微生物。

结核杆菌染色切片图

健康风险等级嘛，从这个级别的实验室开始，由于其研究的微生物从致病走向了致命，所以实验室的防护设施也相应有所增加，比如

p3实验室工作场景

入口升级为两层自动关闭并上锁的门（C）——隔离；当其中一道门打开时，另一道门自动处于关闭状态。

整个实验室完全密封，室内处于负压状态——隔离；实验室必须保持空气定向流动，从洁净区引入实验室，再流向可能被污染的区域，其排出的空气不能再循环。

出口附近应有感应洗手装置和洗眼器——减少手接触。

防护措施齐全

不止如此，对于在BSL-3及以上实验室工作的所有人员，要强制进行医学检查，内容包括详细的病史记录和针对具体职业的体检报告。不通过者将不能进入实验室。

临床检查合格后，给受检者配发医疗联系卡（如下图所示），说明受雇于BSL-3及以上实验室。

卡片制成钱包大小，上有持卡者的照片，由持卡者随身携带。所填写的联系人姓名需经所在机构同意，应包括实验室主任、医学顾问和/或生物安全官员。

p3病毒所配置的医疗联系卡

进入实验室后，也会采取各种隔离

第一，进入实验室会受到限制和控制，要有通行证。（和咱们现在一样）

第二，所有人必须接受医学监控，例如测体温、填报健康状况。（和咱们现在一样）

第三，可能会接种针对所研究微生物的疫苗。

第四，除了工作时必须穿戴适当的个人防护装备（A）外，可能还需要佩戴呼吸器。

所有与BSL-3微生物有关的工作都必须在适当的生物安全柜（B）内进行。

健康风险等级，由于研究的微生物经呼吸道传播，从致病走向了致命，但仍有治疗方法。而防护措施则已经上升到接种疫苗和主动隔离。

那么接下来，请所有人做好准备，因为我们即将进入P4实验室。

关于P4这个级别，请允许我引用一个网上的段子

如果在BSL-4实验室发生恶性泄漏事件，那么唯一的处理方法就是以这个实验室为原点，用凝固汽油弹或者其他燃烧弹将方圆百公里的地区全部焚烧干净……

说是段子，也不尽然。因为在P4实验室中的微生物，可以引起严重或致死的疾病，但通常无预防和治疗的方法。

P4:致死没解药，全封闭防护 主动消毒

P4实验室是目前生物安全级别最高的实验室，也被很多人称为“魔鬼实验室”。头一阵被卷入舆论漩涡的武汉P4病毒所就是这个级别。

这里都是专用于烈性传染病研究的大型装置，通常被用于研究危险的、外来的、具有很高气溶胶传播感染风险的病原体，例如令人闻之色变的埃博拉病毒、天花和此次爆发的新型冠状病毒等，一般都是在这种级别的实验室里进行研究。

2019年有一部美剧叫作《血疫》，讲的就是埃博拉家族体系中的马尔堡病毒和雷蒙顿埃博拉病毒。而这张图则是剧中主角——可怕的马尔堡病毒和埃博拉病毒所属的丝状病毒，，剧中它们就出现在P4实验室中。

丝状病毒染色切片图

这些微生物带来的健康风险不只是致命的，而且如剧中主角所言，它们“没有治疗手段或疫苗”。所以防护设施非常严密。

有多严密呢？

第一，持证上岗，持续受训。

根据WHO的要求，在BSL-4实验室工作的人员必须接受持续的在职培训。

在进入针对BSL-4实验室的培训计划之前，申请人必须曾在较低级别实验室（特别是BSL-3）具有熟练的工作经验。而接下来的培训除乐理论学习之外，还包括在模拟BSL-4实验室内工作，例如，如何穿戴防护服等。

大家可能不知道，进入P4实验室的人员都必须通过穿脱防护服考试，拿到证书才能进入。

第二，多道安全门隔离。

“国际上典型的P4实验室，在通往核心区域的途径中，至少会设置10道安全门，其中7道门要求互锁，既如果一道门没关上，另一道门一定打不开，籍此来防止空气串联流通。P4实验室中往往要设置内外更衣区、过滤区、缓冲区、消毒区等等前准备区域。

剧中的杰克斯上校两人要脱去所有的衣服，换上贴身的消毒内衣，然后进入负压高温区域，在紫外杀毒灯的照射下穿上消毒的袜子，并用胶带把袜子和裤子之间的缝隙缠紧。

接下来会穿上较为厚重并完全封闭的外防护服，靠间歇地接通输氧管来供氧，然后通过空气锁门，才正式进入P4实验室的核心部分。

P4实验室中没有尖锐的物体，但由于要使用手术刀和工具进行作业，还是可能划破防护服，所以再专业的的学者也不允许单独进入P4实验室，必须两人结伴作业，并随时观察对方的防护服具是否有泄露的情况——剧中的杰克斯上校正是被搭档发现了手套的破损。”——摘自《血疫》

第三，专业防护穿戴设备。

不止如此，所有与BSL-4微生物有关的工作都必须在适当的III级生物安全柜内进行，或穿着一套完整的、有空气供应的正压防护服。

防护服头部是一个透明充气罩，防护服连接呼吸器，呼吸器另一端连接屋顶管道，这样隔绝外部空气的保证氧气充分，配有防化手套和防化鞋套。

这听起来是不是很像宇航服？没错，其外观几乎是一样的。不同的是，宇航服是负压防护服，解决失重问题，而正压防护服是为了防止生物性危害而设计的。

正压防护服通过流量调节器和呼吸带可往防护服内补充纯净气体，使防护服内处于正压状态，那么防护服外的压强相对要小，就可以利用气压把实验人员与外界隔离起来。

这种防护服一般主要用于P4实验室。

下图（图A）即为模拟P4实验室，学员将在这里安全地学习使用必要的设备，如呼吸器供气接口和生物安全柜。（图B）则为穿着正压防护服的学员在模拟实验室中练习。

工作人员在进入实验室前要换好防护服，出门时则要淋浴再走。

“她扯动从气密室天花板垂下来的链条，启动消毒淋浴。消毒淋浴将持续七分钟，你在此期间不得离开，因为消毒剂需要时间起效。启动的是水流，冲掉防护服上的血污。水流停止后，四面八方的喷嘴随即吐出Enviro Chem（化学消毒）喷雾，从外侧净化密封防护服。”——摘自《血疫》

这一点，我们也将在之后的对比中提到。化学沐浴，就是为了杀灭可能沾染的病毒。

不止如此，研究者出实验室前还要对所有物料进行消毒。

，设施方面更加复杂，我们也会在之后讲述武汉病毒所的时候单独展开，这里只先说几个大面

第一，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。

第二，实验室需要建立在一个单独的建筑物中或在建筑物中一个隔离和限制的区域内，简称“盒中盒”；

第三，实验室必须有专门的送风和排气系统，以及真空管道和净化系统，确保空气洁净和不逆流。

健康风险等级，从传染性强但有药可救到无药可解。

个人防护方式则已经升级至配备零接触正压隔离服和各种消毒措施。

不同安全等级的实验室对比

看完这张图，我们来进行一个简单的。

4个等级生物实验室所研究的微生物危险级别，从不致病到致病，从致命有药到不光致死还强传染。

实验室的设施部分除了测体温、填写健康报告和出入证进出等群体管理方式，还有个人防控方式，例如洗手、洗眼睛、洗脸、戴眼罩、穿防护服、戴一次性手套、注意鞋面鞋底卫生、避免被喷溅、不用手触摸口鼻眼睛、避免手直接触碰门把按钮等公共设施、隔离空间、保证空气清洁、勤洗澡、及时（给可能的污染物）消毒等等……所有这些在各级实验室出现的防控措施，其实在这次的新冠疫情中，各种科普报道中都或多或少有提及过。

看到这里你可能会想说，这么专业级别的生物实验室，和我本人又有什么关系呢？

有关，而且关系重大！

比如说，我们会发现，所有级别实验室关于防护的最基础方式，就是孩子们在幼儿园上第一课时就会学的7步洗手法，但很多人仍然没有充分重视；

而一次性口罩、一次性手套到底该怎么选，怎么用？

关于消毒液的成分林林总总，居家消杀又该选哪一种？

外衣或鞋底究竟要不要消毒？又该怎么消毒？

说起来都是一知半解。

这些内容其实我们在17年前的事件中统统被教育过的啊。疫情早晚都会过去，但正确的卫生习惯应该留下来成为我们生活中的一部分，而不是好了伤疤忘了疼。

说完了和生活的关联，那科普爱好者们可能还想问

• 既然这些微生物或病毒这么危险，那为什么我们还要去冒险把他们扒拉到一起进行研究呢？
• 假如病毒万一出现泄露该怎么办呢？有办法进行补救吗？
• 世界上第一个生物实验室是怎么诞生的？
• 这么吓人的P4实验室究竟做过什么有益于人类的贡献？
• 亚洲第一个P4实验室究竟都在研究些什么呢？
• 传说中的零号病人是否真的存在？TA究竟是谁？

…………

还有许多你没想到的问题，连同上面这些，我们会慢慢讲给你听。

更多精彩，敬请期待。

参考文献

中国卫生行业标准-病原微生物实验室生物安全通用准则(WS 233-2017)

世界卫生组织《实验室生物安全手册（第3版）》

A. N. Lukashev and A. A. Zamyatnin, Jr. Viral Vectors for Gene Therapy: Current State and Clinical Perspectives

cdc.gov/24-7 4 biosafety lab levels

Krisztina Janosko, Michael R. Holbrook, Ricky Adams, Jason Barr, Laura Bollinger, Je T'aime Newton, Corrie Ntiforo, Linda Coe, Jiro Wada, Daniela Pusl, Peter B. Jahrling, Jens H. Kuhn, Matthew G. Lackemeyer Safety Precautions and Operating Procedures in an (A)BSL-4 Laboratory

Michael Worobey, Thomas D. Watts, Richard A. McKay, Marc A. Suchard, Timothy Granade, Dirk E. Teuwen, Beryl A. Koblin, Walid Heneine, Philippe Lemey, and Harold W. Jaffe 1970s and ‘Patient 0’ HIV-1 genomes illuminate early HIV/AIDS history in North America

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