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技经观察 | 美国生物安全P4实验室究竟有多少?最全面、靠谱大盘点来了!

技经观察 | 美国生物安全P4实验室究竟有多少?最全面、靠谱大盘点来了!

当前,关于美国P4实验室数量的说法众说纷纭。据相关报告,美国并无政府机构来专门跟踪、统计其全部高等级实验室数量。本文根据有关美国P4实验室的权威报告和官方网站,全面、详实地梳理出美国P4实验室数量、分布、建设、更新和研究内容等。

生物安全实验室共分4级(Biosafety Level 1-4)。生物安全4级实验室(BSL-4实验室/P4实验室),是生物安全等级最高的实验室,通常用于埃博拉病毒、马尔堡病毒等高危险性、致命性的病原体研究,造价昂贵,数量稀少,是病毒学研究领域的“航空母舰”。世界上建成及在建的P4实验室有50余个,遍布五大洲,其中美国最多。据不完全统计,美国至少有15处BSL-4实验室设施(facility),每处具有1个或多个独立的BSL-4实验室单间(room),目前已知有26个BSL-4实验室单间

本文查阅参考了WHO会议、美国政府问责局、美国疾病控制与预防中心、美国科学家联合会、维基百科、美国各BSL-4实验室及所属机构官网等的数据和报告,较为全面、准确地梳理出美国BSL-4实验室的数量、名称、地址、建成时间、更新情况、隶属机构和研究内容等。相关内容如下。

一、生物安全实验室的分级

世界通用生物安全水平标准是由美国疾病控制中心(CDC)和美国国立卫生研究院(NIH)建立的。生物安全实验室包括微生物生物安全实验室动物生物安全实验室。根据操作不同危险度等级微生物所需的实验室设计特点、建筑构造、防护设施、仪器、操作以及操作程序,微生物生物安全实验室分为基础实验室-一级生物安全水平(BSL-1)、基础实验室-二级生物安全水平(BSL-2)、防护实验室-三级生物安全水平(BSL-3)和最高防护实验室-四级生物安全水平(BSL-4)。动物生物安全实验室采取ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4表示相应级别的实验室。

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生物安全实验室的分级

二、关于美国BSL-4实验室的数量

并无统一说法

当前,关于美国BSL-4实验室的数量并无统一说法。据美国政府问责局(GAO)关于P4实验室的报告(2007年),美国国土安全部、国防部、卫生与公众服务部等12个部门均未跟踪、了解美国境内BSL-3和BSL-4实验室的总数,美国并无特定机构统计这些数据。美国疾病控制与预防中心-农业部联合开展的“Select Agent计划”对一些高防护实验室进行监管,但并不是所有高防护实验室都在该计划中注册。而且,统计标准不一,也是导致当前相关统计数据各不相同的因素之一。例如,部分实验室以BSL-4实验室设施规格建成,平时作为BSL-3实验室运行,特殊情况下可迅速转化为BSL-4实验室,各方对这类实验室是否记作BSL-4实验室的看法莫衷一是。

三、美国BSL-4实验室分布等情况

1.美国陆军传染病医学研究所,国防部(U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases (USAMRIID),Department of Defense)

该研究所位于马里兰州德特里克堡,隶属于美国防部美国陆军医学研究与发展司令部(USAMRDC),于1978年建成美国第一所BSL-4实验室。目前,美国防部正在建设新的“美国陆军传染病医学研究所重组中心(USAMRIID Recapitalization)”来替代更新原BSL-4实验室。该研究所现有BSL-4实验室主要从事针对生物战威胁和传染病的医学防护研究,包括相关的政策、产品、信息、规程和培训。所研发的医学产品用于军事人员的生物战剂防护,包括疫苗、药物、诊断能力和各种医学管理规程。主要开展的活动包括:(1)研究生物战剂(包括细菌、病毒和毒素)的医学对策,如候选疫苗、诊断测试、药物或免疫治疗方法;(2)开展保护性和治疗性对策以及病原体识别技术的探索性研究和预研究。

2.疾病控制预防中心,卫生与公众服务部(Centers for Disease Control and Prevention (CDC),Department of Health and Human Services (HHS))

该机构位于佐治亚州亚特兰大,隶属于美国卫生与公众服务部(HHS)。CDC先后建成2个BSL-4实验室设施含6个独立的BSL-4实验室单间。1989年,CDC开始运行美国继USAMRIID后的第二处BSL-4设施,其中含2个BSL-4实验室单间。2008年,CDC开始运行又一处BSL-4设施,其中含4个BSL-4实验室单间,致力于新兴传染病相关的技术研发以及实践应用。2018年,CDC向国会申请了4亿美元资金,以更新老化系统,建造一个新的含BSL-3和BSL-4实验室的“高防护连续性实验室(HCCL)”,并计划于2025年投入运营。CDC现有BSL-4设施主要从事生物恐怖病原体的(细菌、病毒和毒素)检验方法研究,分子和抗原特性研究,洗消研究,致病机理研究,疫苗研制,以及检测和诊断技术研究。CDC现存储有HHS战剂名单上除相思豆毒素、芋螺毒素、二醋酸麃草镰刀菌烯醇、石房蛤毒素、志贺样核糖体失活蛋白、河豚毒素之外的所有特选战剂,以及除了产气荚膜梭菌ε毒素,志贺毒素和T-2毒素之外的HHS/USDA(美国农业部)共选战剂。此外,CDC还存储有禽流感病毒(高致病性),骆驼痘病毒、日本脑炎病毒、梅南高病毒和疱疹性口腔炎病毒等USDA特选战剂。

3.病毒免疫中心国家B类病毒资源实验室,佐治亚州立大学(Viral Immunology Center-National B Virus Resource Laboratory, Georgia State University)

该BSL-4实验室于1997年由西南生物医学研究基地的B病毒实验室搬迁而来,现位于佐治亚州亚特兰大的佐治亚州立大学。该实验室工作围绕猕猴乙肝病毒、猕猴疱疹病毒以及非人类灵长动物中出现的新发病原体展开,致力于设计和开发新的方法,以便更有效地识别自然宿主与其它宿主中的病原体。同时,该实验室还进行病毒的大规模培养以及动物模型的建立。

4.德克萨斯生物医学研究所(旧称西南生物医学研究基地)Betty Slick与Lewis J. Moorman综合实验室(The Betty Slick and Lewis J. Moorman, Jr. Laboratory Complex,Texas Biomedical Research Institute(Formerly Southwest Foundation for Biomedical Research, SFBR))

德克萨斯生物医学研究所在2011年由先前的“西南生物医学研究基地(SFBR)”更名而来,位于德克萨斯州圣安东尼奥,其下辖“Betty Slick与Lewis J. Moorman综合实验室”于2000年投入运营,是美国唯一一所由私人拥有的BSL-4实验室。该BSL-4实验室通过基础研究和应用研究,开发针对病毒的疫苗和疗法,并研究病毒复制和传播的方式。研究的病毒和传染性病原体包括南美沙粒病毒、B疱疹病毒、埃博拉病毒、安哥拉马尔堡出血热、克里米亚刚果出血热病毒、拉沙热病毒、某些炭疽菌株、SARS、禽流感、汉坦病毒以及没有进行生物安全分类的未知病原体。德克萨斯生物医学研究所总体上开展比较医学、病毒学、免疫学和遗传学研究,开发生物恐怖防御和难治愈传染病的医疗对策,并繁殖和测试实验用灵长类动物,现拥有世界上最大的圈养狒狒种群、世界上最大的纯种灵长类动物种群和最大的黑猩猩种群。

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5.Robert E. Shope实验室,德克萨斯大学医学分部(Robert E. Shope Laboratory, The University of Texas Medical Branch)

该实验室位于德克萨斯州加尔维斯顿德克萨斯大学医学分部,于2003年投入使用。该实验室的主要工作是研究病毒的发病机理,并研发病毒检测方法、疫苗和治疗方法。研究的主要对象是生物安全4级病原体,尤其是出血热病毒,包括埃博拉病毒、安哥拉马尔堡病毒、拉沙病毒、胡宁病毒、刚果克里米亚出血热病毒、俄罗斯春夏脑炎病毒、鄂木斯克出血热病毒和科萨努尔森林病毒。该实验室目前还从事立夫特山谷热和H5N1禽流感研究工作。

6.弗吉尼亚综合实验室服务分部(Virginia Division of Consolidated Laboratories Services (VDCLS))

该实验室位于弗吉尼亚州里士满的弗吉尼亚生物技术研究园,隶属于弗吉尼亚州总务部,于2003年开始运行。该实验室对从汽油、动物饲料和化肥等平常物品到寨卡病毒、SARS和西尼罗河等高危病毒的大约700万种类型的样品进行测试,以保护公众健康、保障食物供应和环境安全。该实验室开展了“弗吉尼亚州生物监测项目”,以提高对弗吉尼亚人环境暴露的评估能力,目前开展弗吉尼亚居民有毒金属和高氯酸盐暴露的研究,和消防人员有毒燃烧产物(氰化物和多环芳香烃)暴露的研究。该实验室还是美国疾病控制与预防中心和农业部的国家培训“卓越中心”,并为其他实验室提供鉴定和认证服务。

7.加尔维斯顿国家实验室,德克萨斯大学医学分部(Galveston National Laboratory (GNL), The University of Texas Medical Branch)

该实验室位于德克萨斯州加尔维斯顿德克萨斯大学医学分部,于2008年投入使用。研究重点是生物恐怖及突发传染病,针对无法预防或治愈的传染性病原体开发疫苗、快速诊断和治疗方法。目前研究的病毒包括西尼罗河病毒、炭疽芽孢杆菌、蜱传病毒、丝状病毒、虫媒黄病毒、Henipa病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、阿根廷出血热病毒、寨卡病毒以及COVID-19病毒等。GNL还是“世界新兴病毒和虫媒病毒参考中心”的所在地,汇集了7000多种不同病毒株和600多种不同病毒,为世界各地的实验室提供研究样本。

8.国家过敏和传染病研究所综合研究设施-落基山实验室,国立卫生研究院,卫生与公众服务部(NIAID Integrated Research Facility at Rocky Mountain Laboratories (IRF-RML),National Institutes of Health,Department of Health and Human Services)

该实验室位于蒙大拿州汉密尔顿,隶属于卫生与公众服务部。落基山实验室(RML)在传染病研究领域有100多年的历史。2008年,以落基山实验室为基础,容纳了BSL-2、BSL-3和BSL-4实验室的综合研究设施(IRF-RML)投入运营。其中,BSL-4实验室主要研究引起人类和动物疾病的传染性微生物,并针对这些疾病开发新的诊断方法、疫苗和治疗方法等。研究对象包括Q热、衣原体感染、莱姆病、鼠疫、兔热病、沙门氏菌感染、朊病毒疾病和蜱传脑炎等。该实验室具有先进的成像技术,曾率先发布七张通过扫描和透射电子显微镜制成的2019新冠病毒图像,清晰地显示出2019新冠病毒用来入侵宿主细胞的刺突蛋白结构。

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9.国家生物防御分析与应对中心,国土安全部(National Biodefense Analysis and Countermeasures Center (NBACC),Department of Homeland Security)

该机构位于马里兰州德特里克堡,是国土安全部创建的第一个国家实验室,其BSL-4实验室于2011年正式投入运营。该机构主要任务是表征和分析威胁国土安全的潜在危险病原体,对可疑生物威胁样品进行生物法医学测试和分析,辅助执法部门起诉和预防生物犯罪及生物恐怖主义。

10.波士顿大学国家新兴传染病实验室(Boston University National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL))

该实验室位于马萨诸塞州波士顿波士顿大学,主要研究与公共卫生相关的传染病。NEIDL容纳有7个BSL-4实验室单间,于2008年建成,2017年获得监管部门的BSL-4研究批准并投入运营。该实验室致力于开发诊断工具、治疗方法和疫苗,以抗击正在流行或可能再次出现的传染病;提供专业知识培训,并在发生生物防御紧急情况时支持国家应对措施。

11.国家过敏和传染病研究所综合研究设施,国立卫生研究院,卫生与公众服务部(NIAID Integrated Research Facility at Fort Detrick(NIAID IRF),National Institutes of Health,Department of Health and Human Services)

该综合研究设施位于马里兰州德特里克堡的国家跨机构生物防御园区(NIBC),隶属于卫生与公众服务部,目前正在建设中。IRF容纳有BSL-2、BSL-3和BSL-4实验室。与其他高防护设施相比,它具有独特的BSL-4医学成像功能,能在BSL-4条件下将临床诊断成像工具应用于动物模型,是世界上唯一将常规和分子医学成像设备整合到设施设计中的BSL-4实验室。研究重点包括A类病毒病原体和新兴传染病,并将微生物基本特性和致病机理研究(包括病原体的生长周期、传播性、毒力和入侵性)与临床测试结果(医学遥测和成像)联系起来。

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12.堪萨斯州立大学国家生物和农业防御设施,国土安全部(National Bio and Agro-Defense Facility (NBAF),Department of Homeland Security)

该机构位于堪萨斯州曼哈顿堪萨斯州立大学,隶属于国土安全部,目前正在建设中,预计将于2022-2023年投入运营。该机构将取代现有“梅花岛动物疾病中心”(增强型BSL3,主要研究外来动物疾病),成为美国唯一的大型动物BSL-4实验室,以安全处理目前尚无法治疗的动物疾病和人畜共患病的病原体,研究威胁美国农业和公共卫生的疾病。该机构将能够饲养牛和其他大型牲畜,还将配备生物制剂开发模块(BDM),用于疫苗和其他医疗对策的开发、扩大实验室研究并加速向行业合作伙伴的技术转让。

13.国立卫生研究院最高防护实验室41A号楼(Maximum Containment Laboratory Building 4A(MCL-41A),National Institutes of Health)

该小型BSL-4实验室位于马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院园区内,隶属于卫生与公众服务部。该实验室最初是作为BSL-4构建的,仅用于培训目的。目前该实验室只作为增强型BSL-3运行,用于研究重要的新发传染病。

14.国立卫生研究院最高防护实验室Twinbrook Ⅲ号楼(Maximum Containment Laboratory Building Twinbrook Ⅲ,National Institutes of Health)

该BSL-4实验室位于马里兰州罗克维尔国立卫生研究院园区内,隶属于卫生与公众服务部。(美国国立卫生研究院具有两个主园区,分别位于马里兰州贝塞斯达和马里兰州罗克维尔。)

15.美国驻埃及海军医学研究组第3组(United States Naval Medical Research Unit No. 3,NAMRU-3)

该实验室位于埃及首都开罗,隶属于美国防部。它平时作为BSL-3实验室运行,如有必要,可在24小时内升级为BSL-4实验室。

作者简介

高越,国务院发展研究中心国际技术经济研究所 生物研究室,gaoyue53@163.com

研究所简介

国际技术经济研究所(IITE)成立于1985年11月,是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构,主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题,跟踪和分析世界科技、经济发展态势,为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号,致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

地址:北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话:010-82635522

微信:iite_er

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