《美国的生物恐怖监控系统存在不足》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: huangcui
  • 发布时间:2020-02-28
  • 专家们证实,我们的生物防御系统已经脆弱和过时了十多年。这可能会引发人们对将致病微生物或病原体(如埃博拉或炭疽)武器化的担忧。但你或许也应该花点时间考虑一下你的午餐:下一个威胁可能不是来自难以获得的病毒,而是来自一些简单的东西,比如被故意污染的食物。
    我在圣路易斯大学健康法律研究中心教授食品和药品法。在监测可能对公众健康构成严重威胁的病原体的同时,我和同事们花了大量时间研究很难获得的病毒和细菌,比如炭疽热或鼠疫。然而,生物恐怖主义的一个鲜为人所知的方面是,一些较为简单的病原体,如沙门氏菌(一种在许多食物中发现的细菌),也可以被用来蓄意伤害人类。事实上,美国历史上最大规模的生物恐怖袭击始于太平洋西北部地区的几家餐馆的沙拉吧。
    生物恐怖主义入门
    美国国土安全部将生物恐怖主义定义为故意释放细菌、病毒和毒素,以造成伤害或其他伤害。病原体可以通过多种方式传播。有些通过空气或水为媒介传播。其他则是直接在人与人之间传播,或者通过接触受感染的动物而传播。最后但并非最不重要的是,食品系统可以用来传播生物制剂。
    亚特兰大的疾病控制和预防中心将生物恐怖分子分为三类。这种分类是根据疾病传播的难易程度、发病率和死亡率等因素确定的。A类包括容易传播、导致高死亡率和对国家安全构成威胁的高优先级病原体。例如天花和炭疽。B类包括比较容易传播但杀伤力不及A类的病原体,这些病原体包括霍乱和引起病毒性脑炎的病原体。C类包括有朝一日可能被设计用于生物恐怖主义目的的现有的病原体,如汉坦病毒或尼帕病毒。
    病原体——通常的怀疑对象
    虽然生物恐怖主义听起来像一个新现象,但事实却并非如此。最早的病例之一可以追溯到1346年,当时鞑靼人的军队用瘟疫感染了被围困的城市卡法(位于今天的克里米亚)。这一事件最终与黑死病有关,而黑死病在接下来的几年里摧毁了欧洲。一些历史学家认为,在18世纪中期,殖民者故意把感染了天花的毯子送给印第安人。在第二次世界大战和冷战期间,包括美国在内的几个国家尝试将炭疽、天花、鼠疫和肉毒杆菌等病原体武器化。
    美国最近的生物恐怖主义事件发生在911事件之后。炭疽孢子被邮寄给政客和媒体组织,造成5人死亡,17人受伤。
    炭疽或天花等病原体仍然是与生物恐怖主义袭击有关的最令人恐惧的因素之一。尽管对大多数人和机构来说获取这些病原体的样本极其困难,但如果处理不当或落入错误的人手中,它们可能会对公共卫生造成毁灭性的威胁。
    然而,生物恐怖主义分子的名单比人们想象的要多得多。它含有通常会污染我们的食物供应的细菌,比如沙门氏菌。正是沙门氏菌引发了美国本土上最大规模的生物恐怖主义袭击。
    异常病原体
    1984年9月至10月期间,俄勒冈州一个教派的领袖Bhagwan Shree Rajneesh的追随者在俄勒冈州瓦斯科县达尔斯几家餐馆的沙拉吧中故意污染了食物。该教派的成员从西雅图的一间实验室偷走了沙门氏菌,将其混合成棕色液体中,然后小心翼翼地将少量沙门氏菌撒在诸如莎莎酱和沙拉酱之类的食品上。尽管没有人死亡,但有751人被感染,而当时达拉斯只有10500人。
    当局花了整整一年的时间才了解疫情爆发的原因,而最初的原因被归结为卫生状况不佳所致。
    即使在生物恐怖主义的范围之外,沙门氏菌对公众健康也构成了巨大的威胁。在美国,它平均每年导致120万人患病, 23000人住院治疗,450人死亡。如果它被武器化,后果可能是灾难性的。目前,疾病预防控制中心(CDC)将沙门氏菌和大肠杆菌等其他食品安全威胁归为B类。这一类还包括可能被用来污染我们的供水系统的病原体。
    感染水和食物供应并不是一个新策略。12世纪,Frederick Barbarossa皇帝在意大利托尔托纳围城期间,在水井里下毒。600年后,拿破仑的军队淹没了曼图亚周围的平原,加剧了正在爆发的疟疾。
    自这些历史性的例子以来,水和食品供应系统已经发生了巨大的变化。想象一下,如果下一次生物恐怖袭击的目标是时代广场餐厅的沙拉吧,会发生什么。或者,如果洛杉矶的部分供水系统被破坏了,会发生什么。我们不能忽视防范生物恐怖主义的准备工作,但根据最近在国会作证的专家所说,这正是正在发生的事情。
    生物恐怖主义的准备
    自2003年以来,美国一直依赖于监测和预警主要城市地区的生物监测(BioWatch)项目。这个被认为过时了十多年的项目,现在正逐步被淘汰。其替代品生物检测21(BioDetection21)于2019年初公布,但在10月份的国会听证会上,它用来检测病原体的新传感器技术被认为是不够的。
    这些探测器并不可靠,经常会产生假阳性,而且识别生物威胁的时间往往过长。生物防御专家在国会听证会上提出的一个可能的解决方案是,在公共部门和私营部门之间建立伙伴关系,以便开发更好的病原体检测技术。
    在应对威胁方面,联邦机构和地方社区之间严重缺乏协调。两党生物防御委员会执行主任Asha George博士在被问及接到可能发生生物恐怖袭击的通知后会发生什么情况时,回答说:“它们会爆发,但没人知道该怎么办。”
    这种情况发生的时候,其他国家正变得更有准备。日本正在2020年奥运会之前收集和研究病毒。中国和其他亚洲国家也在防范生物恐怖主义方面投入了更多的资金,为机场和地铁等交通繁忙地区制定了监控计划。在一个传染病传播速度比以往任何时候都快的世界中,美国不应该是一个例外。
    解决我们的生物防御专家提出的问题,将是美国加强防范生物恐怖主义的重要第一步。这需要弄清楚如何资助更好的检测技术,以及如何制定让州和地方机构参与的应对计划。但还可以采取其他措施。
    例如,公共卫生学者呼吁注意开发新疫苗和抗微生物疗法的必要性,这些疫苗和疗法可用于自然流行病和生物恐怖主义。卫生部下属的生物医学高级研究与发展管理局目前已经在资助这一领域的一些项目。从国会听证会上可以看出,加强防范生物恐怖主义不是一个办公室或机构就能完成的任务。

相关报告
  • 《美国合成生物学技术的发展与监管概述》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2018-11-15
    • 8月10日,War on the Rock网站(美国分析和评论政策及国家安全问题的平台)发布的《合成生物学:双重用途新技术的希望和危险》(Synthetic Biology: The Promise And Peril Of A New Dual-use Technology)报告指出,合成生物学是一种相对较新的技术,其未来的应用越来越受到工业界和学术界的关注。与其他技术一样,合成生物技术也具有潜在的双重用途(商业和军事用途)。 尽管很多科学家和工程师们都期待合成生物学技术能够创造出新的商业化工艺和产品,但是一些专家警告,合成生物学也有可能革新军事力量——尤其是那些新型的军用生物毒剂和传染疾病,一旦被错误使用将会非常危险。 报告指出,美国约翰·霍普金斯大学健康安全中心(John Hopkins Center for Health Security)近期举办了一场集体演习,假设一种名为“Clade X”的生物工程病毒被一个暴力极端组织作为武器故意释放,并且在20个月后就造成了1.5亿人死亡。美国列克星敦研究所(Lexington Institute)的防务工程顾问和军事分析专家Loren Thompson警告称,合成生物学可以让一种超级病原体发展到“能够威胁大量人口生存,甚至是危及整个文明存活的”地步。尽管这些担忧可能还为时过早,但是美国政府必须要充分考虑到国家和非国家行为体滥用这种新型生命科学技术的可能性。 关于核技术、生物和化学技术的双重用途的争论早已不是什么新鲜事了。虽然核物理已经明显改善了发电技术和健康科学,但是核武器同样也增强了持有国的军事力量,并且在大部分情况下,还带来了与商业核技术密切相关的核扩散挑战。 数十年来,人们一直担心化学与生命科学的进步会导致生物工程病毒和新型化学武器的发展。与此同时,工业界却利用这些同样的技术进步为普通大众提供了新的家用产品和更广泛的奢侈服务选择。包括定向能武器、商用无人机和网络系统在内的其他两用技术所面临的挑战基本上都是“如何在这些技术的商业化增长和防止它们被用于威胁美国安全之间取得平衡”。 为了响应美国国防部副部长Chris Hassell的要求,美国国家科学院于2018年6月完成了一项名为“合成生物学时代的生物防御”的研究,该研究主要调查生物有机体生成致病因子或毒素的可能性操作。该研究试图解决三个问题:与合成生物学有关的安全性问题有哪些?这些安全威胁出现的时间有多快?以及避免这些问题出现的选择有哪些? 美国国家科学院发布的《合成生物学时代的生物防御》(Biodefense in the Age of Synthetic Biology)报告提供了评估上述问题的框架,分别确定了对于重新构建已知致病病毒、增加已知细菌危险性,以及通过原位合成(在人体内)制造生化物质这些问题中最重要的关注点。根据该报告,好消息是这项技术的掌握仅限于拥有先进实验室和良好资源的国家。就暴力极端主义组织目前的能力来说还无法掌握。坏消息是,技术变革的快速发展为美军潜在武器系统的最终开发和利用带来了很大的不确定性。 随着技术和潜在威胁的演变,美国各政府机构(包括国防部、卫生部、国土安全部、农业部和商务部)将对合成生物学产生兴趣。届时美国政府应如何制定指导这项新技术发展的战略? 美国政府在2017年国家安全战略中明确将生物威胁定性为一个令人关注的问题。战略报告指出,无论是故意袭击、意外还是自然爆发,目前美国本土的生物威胁正在增多,需要采取行动从源头上解决这些问题。然而该政策声明与2009年美国国家应对生物威胁战略没有显着差异。它没有为解决合成生物学的两用挑战提供足够的指导。英国政府近期发布了一项比2009年美国战略更进步一些的“生物安全战略”,但仍然错误地试图用同一套指导方针解决所有生物威胁。 美国政府应该在制定政策鼓励合成生物学的商业增长的同时监测生物威胁的潜在发展。这绝非易事,良好的政策依赖于明确的定义、明确的角色与权限分配,还有为确保政策取得进展所做出的评估。如果美国政府希望在这一方面做出强有力的协调工作,那么必须意识到,不能单纯只让医疗专业人员应对这种多样化的生物威胁,同样重要的是要明确各个不同的机构都要有不同的关注点。 解决这一项新型两用技术问题需要设计一种精细而深思熟虑的方法,而不是套用墨守成规的样板策略。 定义问题 合成生物学远远不止是基因工程。它融合了生物学、计算机科学以及用以创建标准化自动化生物系统的工程学。虽然合成生物学可能涉及对生物材料的操作,但其实际的应用远远超出了基因改造食品或动物的范围。比如说,合成生物学可以通过在生物体中修改现有特征或引入新特征来制造新产品。这种方式往往比传统技术更具兼容性和更便宜。 许多人都熟悉3D打印在商业和国防应用方面的潜力。美国可以考虑通过采用类似的工程方法来解锁技术的潜力:使用纳米级的生物和化学材料来制造非油井来源的喷气燃料,使用细菌运行的电池,使用不需要窑的砖和更环保的工业化学品等。 此外,合成生物学在开发新的医疗对策和诊断方法方面带来显着的益处。 与过去几十年的生物技术蓬勃发展相似。美国政府在制定关于合成生物学技术相关政策时,要考虑到这种政策不能过度妨碍工业,但又可以对滥用生物技术的危险进行一定程度的监督。正如2015年美国国家科学院早期报告所指出的那样,工业正在以更低的成本、更快的生产速度和更高的生产能力生产生物基产品。 至少要有一个监管制度来确保这些新生物、新化学产品和新方法的安全商业化。2018年美国国家科学院的报告就增加现有病原体危险性、以新方式制造化学品和生物化学品以及制造人类宿主生物武器这三个方面相关的问题进行了一个可靠严谨的评估。需要明确的是,任何国家在合理地使用这种技术开发新型生物武器之前,仍然需要解决一些重大障碍。该报告的评估框架能够指导政策制定者在新技术发展过程中应注意什么问题。最大的挑战在于要将这些观察结果转化为持续有效的国家政策。 国家安全战略对以合成生物学为手段发展新型和危险病原体的关注是毋庸置疑的,但更大的国家安全挑战很有可能来自该领域新的商业和军事产品的开发。很显然,这项技术不是美国专属的。其他国家也希望开发合成生物学的潜在好处。特别是中国在这一领域正在迅猛发展,美国应该对其在美国制药公司的大型投资进行严格审查。 制定一项国家政策 《2017年国防授权法案》(2017 National Defense Authorization Act)要求国防部、卫生部、国土安全部和农业部制定新的国家生物防御战略与实施计划。特朗普政府尚未公布这一计划,但如果它仍然与以往应对一般生物威胁的国家战略相类似的话,那么该计划将会是更多地对生物有机体威胁进行一个总体的概括,而不是具体明确执行机构的行动方向。这种制定计划的方法也许对医疗专业人员有指导意义,但是对于制定军事行动、打击恐怖主义和保护国土安全领域政策方面却毫无裨益。 美国政府的事故管理方法主要是“全危害”(all-hazard)响应,在可允许的框架范围内整合政府的各种能力来缓解蓄意造成的和自然的威胁。 目前很难评价政府在应对生物威胁方面做得如何。2009年的国家战略错误地混淆了生物疾病暴发和生物恐怖主义事件,因此对政策制定的指导毫无帮助。美国政府不能一直采取这样的做事态度,他们必须清楚生物威胁并非都是同质的,不能用一套模板解决所有的问题。 在政府内部,当“生物威胁”这一话题出现时,“生物防御”、“生物保障”、“生物安保”和“生物安全”等专业术语常被随意使用并且被胡乱定义。这些术语对不同的机构来说意味不同。例如,非医疗人员可能会特别惊讶于生物学监测原来不是用于监测危险的生物有机体,而是用于监测整个生物环境中包括化学、生物、辐射、自然和人为的危害,以及这些危害对人类、动物和植物的影响等。 由于各机构之间缺少良性的协调,美国政府在建立重复项目上面浪费了大量的时间和资源,更糟的是,忽略了机构之间明显的能力差距。要制定一项利用合成生物学潜在商业用途的国家战略,并且同时减轻心术不良者试图开发新型生物武器时所带来的影响,将需要更灵活的手段。 在寻求降低对商业化事业造成影响的过程中,政策制定者所面临最大的问题是他们在“如何防范传统和非传统生物威胁”方面缺乏足够的指导。这就是为什么政府不应该采取一种“试图解决所有自然疾病暴发和人为生物威胁”的普适性政策办法,而应明确阐述其长期的发展内容和目标。
  • 《CSIS报告称美国生物安全研究迫切需要联邦资助》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2019-11-22
    • 问题 强大的生物技术新工具的出现有望开启抗击传染病的新时代。这些研究无疑将有助于更好地预测和预防全球传染病暴发,并将支持开发新的疫苗和治疗方法,以减轻由人们无法预防的疾病暴发造成的负担。然而,这些强大的工具所带来的好处伴随着新的风险。 生物实验室事故的威胁通常不被认为是跟新发传染病的威胁和生物攻击的威胁同等严重的卫生安全问题。然而,科学家们正在创造的病毒,其传播能力或致病性均超过了自然产生的病毒。其他领域科学家或业余爱好者进入生命科学领域同样导致了事故风险的上升,他们可能习惯了较弱的问责措施,没有受到足够的培训,且对安全知识和事故后果知之甚少,但却被无所不能的生物学所吸引。 与交通、化工生产甚至核电事故不同,生物安全事故可能导致实验室人员或其当地社区受到无法预见和无法控制的感染,病原体被释放到环境中,甚至可能引发一场波及数百万人的全球大流行。卫生安全专家和美国政策制定者对恶意行为者和恐怖袭击故意将病原体释放到社区的威胁深感担忧。尽管这些担忧是合理的,且事故后果很严峻,但人们并未对生物实验室事故的高昂代价和实际风险给予足够的重视。 美国对生物安全研究的投资不足。由此导致该领域缺乏数据且没有研究积极性,使得生物安全界对事故可能发生的方式缺乏了解,并妨碍了确定预防事故发生的经济有效的措施。只要每年向美国国家职业安全卫生研究所(National Institute of Occupational Safety and Health)拨出1000万美元的预算,用于资助专门的美国生物安全研究计划,就可以填补这一知识缺口。目前,资金的缺乏阻碍了对生物安全研究的关注,第一步是建立一个关注这些问题的研究群体,所以资助要求是适度的。有了足够的资金,这项研究将引导制定经济有效的培训计划以减少实验室中的人为错误,重新设计存在风险的实验以防止疫情暴发,并确定对实验室安全设备最具成本效益的投资,这可以使生命科学研究的开展更高效。 概述 目前,我们缺乏采取新的必要措施来预防生物实验室事故的依据,随着人类操作生命体的能力(包括引起疾病的病毒和细菌)继续增强,将可能因意外导致对当地、一定区域或更大范围造成潜在危险后果的疾病暴发。新的生物技术使科学家能够以前所未有的方式设计或改造生命。这些生物技术使专业和业余研究人员能够使用简单的生命形式(如细菌和酵母)来创建简单的传感器,从普通试剂中廉价地生产工业化学品、材料和药品。对病原体(引起疾病的微生物)的操作有助于更好地理解这些病原体是如何进化并与人体相互作用的,从而开发出下一代的治疗方法。 尽管美国和全球在生物技术方面进行了大量投资,科学家、政策专家和社会人士仍然担心科学家可能没有能力安全地操作新的微生物,从而导致意外感染自己或当地社区,或意外释放到环境中,甚至引发全球大流行。例如,在2016年,一名实验室工作人员在操作低安全水平的HIV病毒株时感染了病毒。该病毒株据称是缺陷型的,然而这名工作人员感染了这种病毒,可能因为该病毒发生了两种变化:一种是由该工作人员本人引起的,另一种是由该病毒在实验室偶然获得的遗传物质引起的。在另一个例子中,2004年北京病毒学研究所发生的实验室事故导致SARS爆发,大约造成一人死亡,十几起严重疾病,数百人被隔离。如果没有及早发现疫情,来自该地区的旅行者可能会将疫情传播到世界各地,类似于2003年SARS的爆发。这些失误表明,我们的知识匮乏阻碍了我们有效遏制自然可能造成的最严重疾病的能力。更糟的是,我们理解和操作生命的能力正在超过我们对生物安全的理解和认识,生物安全即防止人类、动物或环境意外暴露于危险微生物的做法。 自21世纪初以来,科学家们发表了几项发现,这些发现在开拓知识的边界的同时,也在全球生物安全领域引起了震动。在21世纪初期,澳大利亚的研究人员将一种免疫系统成分添加到与天花病毒相关的病毒中,发现它更加致命并且能够克服保护性疫苗接种。在过去的十年中,中国、美国和荷兰的研究人员改造了流感病毒株,产生的毒株更致命或更容易传播,或者在一个案例中,两者兼而有之。这些实验尤其令人担忧,因为流感大流行大约每20年发生一次,当病毒发生类似的变异时就会出现,而这些爆发可能导致全球数千万人死亡。 2014年10月,美国政府认识到操作最危险病原体的实验室发生事故的潜在影响,并基于安全考虑首次暂停了美国的生命科学研究经费。不久之后,咨询机构Gryphon Scientific被要求确定研究的风险和收益,以便政府确定这项工作是否风险太大而无法资助。虽然我们对实验室事故进行了迄今为止最广泛的研究并得出了政府采取行动所需的结论,但我们发现,在一个可能导致全球范围内前所未有的严重事故的领域,数据的匮乏令人震惊。 我们发现,我们缺乏阐明生物实验室如何以及为什么会发生事故的基础研究,也缺乏必要依据来创建基于证据的预防事故发生的缓解措施。在生命科学中,缺少与各种事故发生的频率以及预防或减轻事故的系统的有效性相关的数据。只有生命科学领域缺乏安全数据,在交通、核能和化学工业等其他可能导致更少(尽管更频繁)生命损失的领域,安全已经成为数十年调查的主题。 我们现在正在目睹生命科学的革命,这些革命源于:(1)创造工具,提供前所未有的操作生命的力量,(2)收集信息以分析这些改变如何导致被操作生物体中所需的特征,(3)其他学科的研究人员进入生物学,(4)由于其在各种行业和医学领域的应用,生物学商业活动增加,以及(5)业余爱好者进入生命科学领域。最近合成生物学的出现(将工程原理应用于生命科学)极大地扩展了可以对微生物进行改造的类型和程度,并减少了执行这些改变的技术障碍。传统科学家手中的这种附加力量已被用于制造大量改造病原体,以了解其性质(感染性、致病性和传播性)如何变化。其中一些经过改造的病原体具有超过其天然对应物的性质,并且如上所述,导致了自然界本身尚未出现的致病菌株的产生。政府最近开始对这些实验进行评估,以确定这些实验的生物安全风险是否大于它们对科学和医学的潜在益处,而科学界的许多人对这种评估框架的不公开感到不安。更糟糕的是,缺乏支持生物安全研究的证据意味着这些决策没有确凿的证据基础,即为何这些实验会产生不可接受的风险,或者可以建议那些改变可以使这些实验风险降低。 技术壁垒的降低使得没有接受过生命科学(或生物安全规范)正规培训的研究人员能够操作微生物。由于微生物经改造后可以大规模生产材料、化学品和结构,其产量或成本通过化学、材料科学或工程领域的传统方法很难企及,因此吸引了大量研究人员,其中一些人不是经过培训的科学家,有些人是来自其他学科的科学家或工程师。这种力量吸引了许多资金雄厚的研究人员进入生命科学领域,他们缺乏正规的生物安全培训,甚至缺乏标准生物技术的培训,希望通过改造微生物来改变许多行业。 虽然缺乏为生物安全提供信息所需的数据,但很少有相关研究进行,因为几乎没有联邦资金用于实验性生物安全研究,也没有任何政府机构提供资金用于生成当前或拟议的生物安全实践的有效性数据,或用于支持了解事故在生物实验室中发生的方式和原因的研究,或汇编和传播生物安全的最佳做法。正在进行的少量研究通常由私营部门资助,以提高其产品的效率。在我们与生物安全人员的谈话中,几乎所有人都认为,迫切需要为研究提供更多的资金。如果没有为这项研究提供资金(以及带头机构),阻碍生物安全改善的恶性循环将持续:很少进行研究,并且几乎没有数据产生,因此没有研究人员去研究这些关键问题。 政府最高层终于认识到这一关键需要。最近在美国总统的《国家生物防御战略》(National Biodefense Strategy)中提出了应用生物安全研究的呼吁,其中列出了“加强生物安全和生物安保实践和监督,以减轻生物事故风险”作为关键目标,强调了这一需求尚未得到解决。美国卫生和公众服务部负责应急准备和响应的助理部长在其《国家卫生安全战略》(National Health Security Strategy)中对增加资金的呼吁或许最为明确,其中包括“通过改进项目……开展基础和应用生物安全研究,以及鼓励事前应对计划,从而加强生物安全和生物安保”。这些近期的声明在十多年前已有预言。2009年,优化生物安全和生物防护监督的跨联邦特别工作组建议获取和分析生物安全事件,与科学界共享经验教训,并支持应用生物安全和生物防护的研究。尽管有人呼吁为应用生物安全研究提供资金,但对生物安全措施的有效性以及汇编和共享最佳实践的研究尚未以任何综合方式实现。 生物安全研究的益处 与基础生物学研究不同,基础生物学研究往往要经过几十年才能实现这些发现所带来的健康或医学效益,而生物安全研究的成果可以立即应用。所产生的知识可能会改变预防实验室事故发生的做法(因为研究将产生关于哪些做法是安全的、哪些是危险的以及在什么条件下安全的真实数据)。这些实践可能包括对操作规程的细微更改、实验室内设备的移动、或者对存在风险的实验方法的重新设计。 例如,由于研究人员分享了他们认为已经失活但实际上具有传染性的微生物,因此发生了一些不幸事件。在实验室里,不当的灭活处理会增加工作人员在清场后或处理溢洒事件时感染的风险。如果有研究可以确定灭活传染性微生物的最低条件及用于验证样品失活的最简方案,则可立即降低实验室内感染发生的可能性或感染性材料意外传播的可能性。 在临床环境中,当脱卸防护用品(手套、面罩、外套等)时,经常会发生意外感染。人们怀疑但未经证实的是,类似事件也是实验室事故的主要原因。通过研究确定实验室工作人员在脱下手套时(或在实验过程中弄破手套)污染双手的频率,可以帮助确定戴两副重叠手套是否能有效减少感染。类似的研究可以确定什么时候应该佩戴呼吸防护装置,以及在什么条件下需要哪种类型的防护用品。如果防护用品工作良好,但当粗心或无知的工作人员移除防护用品时,防护用品就会受损,那么就有必要额外投资培训工作人员如何佩戴和脱卸防护用品。 我们缺乏关于生物实验室的工作人员如何通过溢洒、飞溅和污染暴露于传染性物质的基本数据。实验室模拟器可观察工作人员操作少量液体并运行模拟分析,可用于收集数据以了解溢洒和飞溅发生的频率、污染物如何进入工作人员身体以及如何离开实验室。这些数据还有助于预测事故可能发生的频率,从而为其他关键研究提供信息。 还需要数据来改进实验室中的人员实践。与仅有机械故障即可导致灾难的其他行业不同,生物实验室中的大多数事故都是由工作人员引发(例如传染性物质泄漏),或由于工作人员反应不当(违反检疫规定或在清场过程中污染自身)而加剧。此外,与其他行业不同,最危险的事件涉及可以在人与人之间传播的病原体,因此可能最初病原体暴露的响应行为对于预防悲剧(感染少数实验室工作人员)或全球性灾难(感染全世界数百万人)至关重要。研究可以确定工作人员最常犯的错误类型,以帮助确定培训如何能够立即减少事故发生的几率,并在事故发生时将后果降到最低。确定、编制和共享最佳实践将使美国和发达国家的所有实验室能够实施已验证有效的措施。 提高工作人员的可靠性可以立即改善生物安全。也许通过确定帕累托原理是否适用于生物实验室,可以获得实验室安全性的最大单项改进。帕累托原理指出,80%的影响是由20%的原因产生的,或者在这种情况下,实验室中80%的事故后果是由20%的工作人员造成的。这一原理适用于许多人类活动,而且鉴于许多在生物实验室工作的人都知道工作人员做事马虎,这一原理可能也适用于生物实验室。如果能证明20%的科学家对80%的事故负有责任,那么确认这些人员并对他们进行再培训,或者禁止他们从事最危险的病原体研究,就能立即将发生严重事故的风险降低80%。研究不仅将确定这一原理是否适用于生物实验室,而且还将提出一些指标,这些指标可能有助于确定这些个人和开发正在进行的系统,以便持续监测实验室中有问题的工作人员。 生物安全研究不仅可以指导人员实践,也可以立即用于为投资提供信息。目前,欧洲实验室研究可传播病毒时使用的防护设备与美国不同。没有数据支持这种差异是否导致安全方面的显著改善,或者有限的资源是否浪费在不必要的(和昂贵的)设备上。生物安全数据可以为成本效益研究提供信息,从而准确确定研究世界上最危险病原体的实验室应该如何装备,同时又不会不必要地挪用本可投入研究本身的资金。 由于缺乏生物安全数据,我们不知道事故发生的频率或其后果可能是什么,而且无法作出关键决策。事实上,这项工作将为联邦政府目前正在进行的审议提供信息,即关于用改造病原体进行的实验是否风险太大而不应资助,如果资助的话,应该建议进行哪些改变以降低风险。此外,生物安全研究可以帮助了解应该建立各种类型的新实验室的位置。 除了上述讨论的直接利益之外,通过帮助建立生物安全文化并促进安全实践自然融入实验室,可以长期为生物安全研究提供资金。目前,研究人员通常将生物安全视为进行实验的必要活动,以此来判断他们在该领域的贡献和在其机构中的进展。生物安全领域的主流思想往往是由专门从事生物安全研究的专业人员在实验室外提出的。然而,如果生物安全研究得到资助,科学出版物(学术科学的货币和职业发展的主要手段)将基于这项研究产生,研究人员自己可能认识到在生物安全方面的贡献与其职业发展相一致。 解决差距 为了支持革新生物安全所需的研究,我们建议为美国国家职业安全卫生研究所拨出经费,专门用于生物实验室安全性的实证研究。在生物安全方面做出重大改变所需的资金并不多。所需要的实证研究包括在真正的实验室和模拟实验室对工作人员进行观察,这些实验室的设备已经在培训实验室中就位。如果每年只投入一千万美元,这项研究即可得到很好的资助。这个数字少于美国国家过敏和传染病研究所(NIAID,美国国立卫生研究院资助大部分病原体研究的部门)预算的同比增长,或者略低于美国国家过敏和传染病研究所53亿美元预算的0.2%。这一数额将足以为每年的几项创新研究提供资金。考虑到美国农业部、美国国防部和美国疾病控制中心进行的数以百万计的病原体研究,这个要求似乎更为温和。这个初始的资助水平是适度的,因为目前缺乏资金阻碍了关注这个问题的研究人员群体的发展。随着资金吸引研究人员进入该领域,资助水平可能需要提高,但收益的规模也将随之增加。 首先,这笔资金对于确保我们在疾病研究方面的巨大投资不会因一次悲剧性事故而受到永久性破坏至关重要。此外,这项研究将确定提高安全性真正必要的设备和用品,以及那些昂贵但无益的设备和用品,帮助提高实验室的成本效率。同样,对人员行为的评估将确定在减少事故风险方面最有价值的培训方案,以确保全国研究人员的时间得到充分利用。 这种适度的资助水平只是联邦政府目前对其他与人员伤亡风险相关的行业投资的一小部分(尽管与生物实验室事故相比,这种风险发生的频率更高,但是影响更小)。美国国家公路交通安全管理局(National Highway Traffic safety Administration)每年在交通安全研究上的投入超过1.5亿美元。化学安全委员会(Chemical Safety Board)、国家运输安全委员会(National Transportation Safety Board)和核管理委员会(Nuclear Regulatory Commission,NRC)的预算每年超过10亿美元,尽管其中大部分预算用于监管措施和事故调查。核管理委员会是该领域最大的参与者,由联邦政府和用户提供资金(其预算的90%来自用户费用)。虽然生物技术产业在美国规模很大,经济也很活跃,但是涉及到操作病原体的许多研究都是由联邦政府资助的非营利性研究机构进行的。出于这个原因,向生物学研究人员收取的费用只是从一个政府资助的盘子中拿出少量钱,再分配给另一个盘子,从而形成一个不必要的官方机构来收取这些费用。相反,生物安全研究经费将与美国国家公路交通安全管理局或美国化学安全委员会类似,后者由政府直接资助。 核能的发展与原子弹的诞生显然助长了人们对核能的不合理恐惧,公众强烈要求确保核电站的安全性。核能安全研究始于原子能委员会(核管理委员会的前身)。该委员会在进行与新发电厂选址有关的风险评估时,认识到与研究性的反应堆事故的主要原因不同,商业发电厂很可能发生冷却剂损失引起的事故。对这种新事故途径的认识促使人们进行了研究,以了解减轻冷却液损失的原因和手段,这也许是美国从未遭受重大核电事故的主要原因。从这个意义上说,核能安全研究的诞生反映了当今生命科学的状况。作为一个群体,我们刚刚意识到科学已经发展到一个阶段,研究人员可以创造出超越自然菌株威胁的病原体,而生物学的力量吸引了来自其他领域的新研究人员,同时导致了将生物系统整合到新领域的研发计划中。最近发生的每一项变化都可能产生尚未适当评估的新风险。然而,生物事故的潜在后果很难把握。公众无法很好地控制传染病大流行的经济、人力和社会成本,因为与大规模化学事故相比,这种规模的生物事故发生的可能性较小,因此发生类似灾难性的化学、核和生物事故的风险可能难以估计。 上述研究需将监管机构、事故调查和其他领域的研究预算相结合,因此需要建立一个新的官方机构进行管理。然而,只专注于生物安全研究任务的管理可以很容易地作为一个专门的生物安全研究项目安置在现有的研究机构中。美国国家职业安全卫生研究所的使命是“开发职业安全与卫生领域的新知识,并将这些知识转化为实践”,因此是管理生物安全研究资金的合理机构。鉴于工作人员几乎遭受了由生物实验室事故造成的所有伤害,国家职业安全卫生研究所的使命显然与通过研究提高生物安全性相一致。此外,《2002年公共卫生安全和生物恐怖主义防范应对法》(Public Health Security and Bioterrorism Preparedness and Response Act of 2002)将实验室安全作为职业健康问题进行了讨论。国家职业安全卫生研究所拥有超过3亿美元的预算,可以轻松地吸收这种规模的生物安全研究计划。 而且,这种努力不会因无法共享数据或不愿意共享数据而受到阻碍。许多必要的数据将在受控环境(例如培训实验室)中重新开发,以生成关于事故发生率和后果的关键信息。因此,即使机构不愿共享过去发生的事故和未遂事故的敏感数据,这项研究仍然可以实现所有这些目标。有几个国家和国际机构来促进这些信息的共享和传播,例如生物安全和生物安保协会(the Association for Biosafety and Biosecurity),一些期刊肩负着发布这些数据的使命(例如Applied Biosafety杂志)。 最近操作生命体的能力不断增强,再加上大量新的研究人员涌入生命科学领域,要求对生物安全进行现代化。这种现代化的基石是数据的生成,否则就无法明智地做出生物安全决策。这项研究将提供数据,以确定哪些工作人员培训最需要重点关注,有助于为实验室配备提供投资信息,并立即且经济有效地提高实验室的安全性。需要联邦资金支持这项研究来生成这些数据,国家职业安全卫生研究所监督的少量投资(每年约一千万美元)很快即可转化为实验室安全方面的真正改善,并可能防止全球传染病大流行。如果不采取任何措施,致命的实验室事故可能会破坏生命科学领域每年数十亿美元的投资,并逆转数十年的生物医学研究。