生態環境監測實驗室生物安全風險因子分析及防控措施

王寵,鄭琳琳,王在峰

（山東省濟南生態環境監測中心，山東濟南250101）

2004年SARS實驗室感染以及2020年新型冠狀病毒肺炎的全球性爆發，實驗室生物安全問題引起了政府和公眾的廣泛關注。科技部出臺指導意見（國科發社〔2020〕25號），要求“加強對實驗室，特別是對病毒的管理，確保生物安全”。2004年發布的《病原微生物實驗室生物安全管理條例》(國務院令第424號)規定：根據病原微生物的傳染性、感染后對個體或者群體的危害程度，將病原微生物分為四類：第一類病原微生物，是指能夠引起人類或者動物非常嚴重疾病的微生物，以及我國尚未發現或者已經宣布消滅的微生物；第二類病原微生物，是指能夠引起人類或者動物嚴重疾病，比較容易直接或者間接在人與人、動物與人、動物與動物間傳播的微生物；第三類病原微生物，是指能夠引起人類或者動物疾病，但一般情況下對人、動物或者環境不構成嚴重危害，傳播風險有限，實驗室感染后很少引起嚴重疾病，并且具備有效治療和預防措施的微生物；第四類病原微生物，是指在通常情況下不會引起人類或者動物疾病的微生物。其中，第一類、第二類病原微生物統稱為高致病性病原微生物,高致病性病原微生物實驗室是實驗室工作人員職業性感染的主要來源之一[1]。根據該管理條例，2005年，原農業部發布了《動物病原微生物分類名錄》（農業部令第53號）；2006年，原衛生部發布了《人間傳染的病原微生物名錄》（衛科教發〔2006〕15號）。

《檢驗檢測機構資質認定生態環境監測機構評審補充要求》(國市監檢測〔2018〕245號)規定，生態環境監測包括水和廢水、環境空氣和廢氣、海水、土壤和生物等13大類，其中微生物監測是生物監測的主要類別，微生物指標屬于衛生指標，在評價水質衛生、生物毒性等方面具有化學指標不可比擬的優勢，是生態環境監測領域的重要指標之一。生物風險評估作為生物安全管理的核心工作之一，越來越受到重視。然而，生態環境監測實驗室生物安全水平如何？重點關注的生物安全風險因子有哪些？尚未見有文獻報道。為加強生態環境監測實驗室生物安全管理，保護實驗室工作人員的健康，有必要開展生物安全風險因子分析，識別重點生物安全風險因子，特別是在致病性和傳染性等方面，采取防控措施，加強重點管控，確保生態環境監測實驗室生物安全風險可防可控。

1 微生物指標

主要的環境質量標準和污染物排放標準中列有微生物指標，如糞大腸菌群（耐熱大腸菌群）、總大腸菌群、細菌總數（菌落總數）和大腸埃希氏菌等，在醫療機構水污染物排放標準中還含有腸道病毒、腸道致病菌（沙門氏菌和志賀氏菌）和結核桿菌等指標，其中結核桿菌為高致病性病原微生物，詳見表1和表2。

表1 主要環境質量標準的微生物指標

表2 主要排放標準中的微生物指標

為配套環境質量標準和污染物排放標準，生態環境部制修訂了微生物指標的行業監測標準6項（包括1項正在征求意見階段），具體項目包括糞大腸菌群（耐熱大腸菌群）、總大腸菌群、細菌總數（菌落總數）、大腸埃希氏菌等，使用的方法有多管發酵法、濾膜法、紙片快速法和酶底物法等，詳見表3。目前，從生物安全性和方法適用性等方面考慮，各級生態環境監測機構主要開展糞大腸菌群（耐熱大腸菌群）、總大腸菌群和細菌總數（菌落總數）等3種微生物指標的監測工作，不開展結核桿菌等高致性病原微生物的監測。

表3 微生物指標的行業監測標準

2 生物安全風險因子分析

參照《實驗室生物安全手冊》[2]，根據含致病微生物類別和數量或濃度，將生態環境監測實驗室生物安全風險因子分成高、較高、中、較低和低等五類，分別對應高、較高、中、較低和低等五類風險水平，詳見表4。生態環境監測實驗室生物安全風險要素主要包括菌株、樣品、培養物和實驗室“三廢”等4類，對生物安全風險要素開展逐項分析。

表4 風險因子分類

2.1 菌株

生態環境監測實驗室共用到10種菌株，包括標準菌株和滅菌指示菌株，其中標準菌株主要用于質量控制，包括陽性和陰性菌株，詳見表5 。

表5 生態環境監測實驗室常用的菌株種類

對照《人間傳染的病原微生物名錄》和《動物病原微生物分類名錄》2個病原微生物名錄，生態環境監測實驗室常用的10種菌株中產氣腸桿菌和金黃色葡萄球菌等2種屬于第三類病原微生物，評價為“中”風險因子；大腸埃希氏菌、克雷伯氏菌屬和假單胞菌屬等3類有個別種類屬于第三類，實驗過程中避免使用，其他種類均為第四類病原微生物，評價為“低”風險因子；糞鏈球菌等5種均為第四類病原微生物，評價為“低”風險因子，詳見表6。

表6 菌株類別

2.2 樣品

地表水、地下水和生活飲用水等環境樣品

不具備傳染性和致病性，評價為“低”風險因子。而城鎮污水處理廠、生活垃圾填埋場等污水和污泥樣品一般沒有傳染性和致病性，評價為“較低”風險因子，而醫療機構水污染物特別是傳染病和結核病醫療機構的污水和污泥樣品，由于滅菌效果的不確定性，存在潛在的高致病病原微生物，具有潛在的傳染性和致病性，評價為“中”風險因子。

2.3 培養物

細菌總數僅是質量標準中的指標，雖然，營養瓊脂具有普適性，適合多數細菌生長，但水環境樣品的培養物風險較低，評價為“較低”風險因子。而醫療機構水污染物排放標準的微生物指標為糞大腸菌群，使用的乳糖蛋白胨培養基適合大量細菌生長，而EC培養基雖然可抑制革蘭氏陽性菌的生長，但是其他類別的革蘭氏陰性菌也可生長。考慮到培養物的濃度和劑量遠遠高于樣品，因此，其相應風險水平要提高一級，將醫療機構水污染物特別是傳染病和結核病醫療機構污水和污泥樣品的培養物，評價為“較高”風險因子；而城鎮污水處理廠、生活垃圾填埋場等污水和污泥樣品培養物有潛在的傳染性和致病性，評價為“中”風險因子。

2.4 實驗室“三廢”

2.4.1 廢水

經滅菌處理后的水質樣品和培養物等，評價為“低”風險因子。

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2.4.2 廢氣

微生物監測產生的氣溶膠，均被生物安全實驗室和生物安全柜高效過濾器收集，不再產生廢氣。

2.4.3 固體廢物

采樣人員、接樣人員和分析人員使用的一次性口罩、手套和培養皿、試管和97孔盤等耗材，根據所接觸的樣品、菌株和培養物的風險水平，選擇最高風險水平作為其風險水平，但是經過滅菌處理后，評價為“低”風險因子；生物安全實驗室和生物安全柜高效過濾器富集了大量潛在致病微生物，且生物安全柜高效過濾器不定期檢測老化后會引起的實驗室污染的風險[3]，因此，評價為“較高”風險因子。

2.5 生物安全風險因子識別

經生物安全要素全面分析，生態環境監測實驗室不操作高致病性病原微生物，因此，不存在“高”風險因子。但是，醫療機構水污染物特別是傳染病和結核病醫療機構污水和污泥樣品的培養物及其操作過程中產生的固體廢物（包括待處理的生物安全實驗室和生物安全柜高效過濾器），存在潛在高致病性病原微生物，評價為“較高”風險因子；產氣腸桿菌和金黃色葡萄球菌等第三類致病菌株和城鎮污水處理廠、生活垃圾填埋場等污水和污泥樣品培養物以及操作過程中產生的固體廢物，風險水平次之，評價為“中”風險因子，詳見表7。

表7 “較高”和“中”風險因子

3 感染和致病風險

3.1 日常期間

因為生態環境監測實驗室“較高”和“中”生物安全風險因子的存在，雖然實驗室三區（清潔區，半污染區和污染區）劃分明顯[4]，但實驗室仍然存在感染或致病的風險[5]。包括人員事先未被告知實驗室的生物危害，未進行相應防護而誤闖實驗室，導致感染的風險；接種環滅菌存在感染性物質飛濺及散布的風險；標本或菌液轉運過程中存在由于不慎滑落、潑灑、刺傷等意外，導致標本泄露或職業暴露的風險[6]，如俄羅斯某實驗室一名女科學家由于意外被一根帶有埃博拉病毒的針刺破手而死亡[7]；實驗室監測人員自我防護意識不足，不按規定穿戴白大手套和口罩，實驗完畢后不洗手消毒；不按規范進行實驗操作和處理“三廢”等等。

3.2 重大傳染病疫情期間

4 防控措施

病原微生物或潛在的高致病性病原微生物等生物安全風險因子會給實驗室人員帶來一定的感染或致病風險，但是采取系列防控措施，生物安全風險是可防可控的。

（1）建設生物安全實驗室和使用生物安全柜。按照國家對實驗室實行分級管理要求，生態環境監測微生物實驗室因操作第三類致病微生物，需要建設生物安全二級實驗室，國家標準[10，11]有具體建設要求。同時為滿足對人員、樣品和環境的保護要求，需使用二級生物安全柜。

（2）按照CNAS準則[12，13]要求，建立生態環境監測微生物實驗室的生物安全體系，建立二級生物安全實驗室生物安全流程[5]，明確生物安全責任人及其崗位職責，建立微生物實驗室管理制度、實驗室生物安全事故（包括生物危險物質溢灑）的處理程序以及生物危險因子清單等。

（3）加強關鍵生物安全風險因子的管理。重點關注“較高”和“中”生物安全風險因子：規范實驗操作，實驗操作過程中盡可能避免病原微生物氣溶膠產生，避免使用玻璃銳器；加強日常防護，采取必要的安全防護[14]；做好滅菌消毒，并監控滅菌效果，定期使用生物指示物（嗜熱脂肪桿菌芽孢生物指示物）檢查滅菌設備的效果并記錄，指示物應放在不易達到滅菌的部位；生物安全實驗室和生物安全柜高效過濾器建議委托專業機構進行處置，固體廢物不能作為可利用廢物處理或變賣；對第三類致病微生物的標準菌種實現雙鎖雙人管理；實驗室應配備洗眼器和噴淋裝置等安全防護裝置等等。

（4）強化重大傳染病疫情期間防控措施。為應對新冠病毒疫情，生態環境部于2020年2月1日印發《關于做好新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫院污水和城鎮污水監管工作的通知》，對醫療和城鎮污水的處理提出了新要求。山東省也修訂醫療機構水污染物排放地方標準[15]，增加了重大傳染病疫情期間相關控制要求章節，并加嚴了糞大腸菌群數限值，提出了糞大腸菌群數和總余氯的測定宜采用現場快速測定或在線監測方法等措施。這期間須更加關注“較高”和“中”生物安全風險因子，更加規范實驗操作，切實落實個人防護措施等。