國家生命安全的航空母艦——P4實驗室
作者簡介
徐聞
先後主持或參與海澱區上莊鎮鎮域發展戰略研究、眉山天府新區區域產業策劃、廣饒縣全域旅遊策劃編制、北京宋莊鎮總體定位與產業發展研究、重慶合川產業新城戰略規劃及河南新鄭市戰略策劃等項目，研究視野涉足城市戰略、區域振興、前沿產業及創意文旅等領域。將解決客戶問題作為職業信條，相信城市的發展皆有其因果，用腳步丈量城市，用數據揭開真相，用科學論證來解決問題。熱情不止，研究不息！
2019年爆發的新冠肺炎讓COVID-19病毒走入人們視野。從最初在中國的爆發到如今震中轉移美國，這個小小的病毒已席捲了199個國家和地區，感染了72萬人次，其中不乏英國皇室成員查爾斯王子、英國首相鮑裡斯詹森、好萊塢巨星湯姆漢克斯夫婦以及NBA頂級球星杜蘭特等知名人士，使得美股一個月內熔斷4次，更使全世界為之停擺（數據截至2020年3月30日）。
截止3月30日，COVID-19世界各國感染人數
資料來源：wjhl.com
回顧過去20年，不僅是COVID-19，炭疽病毒、SARS、HINI流感、伊波拉病毒、中東呼吸綜合症向人類掀起了一波又一波進攻。此外，像人們已經熟知或已基本控制的病毒如：鼠疫、霍亂、血吸蟲病、狂犬病、結核病等近幾年又有死灰復燃的跡象。據統計，全球每年死於傳染病人數達1700萬之多。
可以說，病毒已經一次次向人類證明了自己的威力。正如諾貝爾文學獎得主阿爾貝加繆在代表作《鼠疫》裡說：一個人能在鼠疫和生活的賭博中所贏得的全部東西，就是知識和記憶。
儘管自然界現存在4000餘種病毒，而其中能被人類真正攻克的少之又少。但在無數次與病毒鬥爭的過程中，人類也在不斷地增加自己的經驗值與防護武器。如在根據真實故事改編的《血疫》一書中，美國的科研人員便是在P4實驗室阻止了一場傳染病的大規模爆發。可以說，P4實驗室如同給科研人員戴上了盔甲，成為了能暫時壓制或攻克烈性病毒的救命稻草，也被譽為在這場無硝煙的戰爭中保護國家生命安全的「航空母艦」。
那麼，本期便為大家揭秘P4實驗室，以及共同探討如何最大限度發揮P4實驗室的價值。
P4實驗室，名副其實的「大科學裝置」
P4實驗室實際上是生物安全實驗室的一種。生物安全實驗室是通過防護屏障和管理措施，能夠避免或控制被操作的有害生物因子危害，達到生物安全要求的生物實驗室和動物實驗室。只不過生物安全實驗室根據防護級別分為四種，而P4則是其中最高防護等級的生物安全實驗室。
不僅如此，各個國家對生物安全實驗室的叫法不盡相同，但劃分等級及標準類似。因此，在本文中，將P1 P2 P3 P4與BSL-1 BSL-2 BSL-3 BSL-4劃為等號，進行統一考慮。
不同級別生物安全實驗室劃分標準
資料來源：《四級重器 武漢國家生物安全實驗室（P4）》
值得注意的是，相比於其他等級生物安全實驗室，P4實驗室往往關押著的是「病毒猛獸」，諸如伊波拉、馬爾堡、拉薩熱、克裡米亞-剛果出血熱、天花等。這些病毒對人體具有高度危險性，通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明、尚無有效疫苗或治療方法。而這些病毒一旦洩漏，將造成不可挽回的損失。因此，為了處理這些病毒，P4實驗室可以說是人類工程設計與製造水平的巔峰之一，設置重重關卡，確保不會讓任何病毒可以逃跑。
具體工程結構不是本文重點，將不進行一一闡釋。但在具體細節上便可知道其對製造工藝的嚴苛要求。
比如說：對於支撐起整個實驗室的維護結構來說，其不僅要穩定堅固、抵禦強烈地震的可能性，同時還要求極度光滑無死角，併兼顧抗腐蝕，方便實施消毒處理。此外，整個實驗室採用單向氣流，能夠從低風險區流向高風險區流入，整個實驗室負壓範圍在-50 ~ -180之間，對實驗室門、牆板的拼接縫等施工工藝也提出超高要求；像實驗室中的氣密門不僅有抗衝擊、耐酸鹼、阻燃、耐高溫、耐寒、耐老化等功能，還要求實現互鎖，即在有一扇門未關閉的情況下該房間其他所有門均處於鎖閉狀態。互鎖的設計確保每一次開門，僅能允許兩個房間互通，確保氣流始終從低風險區流向高風險區；部分核心設備往往採用一用一備或二用一備的狀態，充分考慮到實驗室的安全與穩定。
四級安全實驗室剖面圖
資料來源：《四級重器 武漢國家生物安全實驗室（P4）》
可以說，P4實驗室不僅僅是最高級別的生物安全實驗室，更是一個國家科技水平與製造工藝的集中體現，是國之重器，是真正的大科學裝置。世界上，英國和美國最早建設P4實驗室，隨後前蘇聯、澳大利亞、南非、日本、加拿大、法國、德國、荷蘭、加彭以及我國臺灣地區等均先後建設P4實驗室。
尤其是美國「911」恐怖襲擊之後，更是掀起一波建設P4實驗室的小高潮，使美國成為擁有P4實驗室數量最多的國家。中國武漢P4實驗室是在法國的大力幫助下，由法國提供概念設計，中國企業施工建設，於2015年竣工完成。
據統計，目前全球已知有22個國家和地區的60個機構擁有P4實驗室。還有不少國家如比利時等已實際擁有P4實驗室卻對外宣稱為P3防護等級。還有類似朝鮮、伊朗等國家大量進口生物安全型雙扉高溫滅菌器，是建設P4實驗室的核心設備。P4實驗室是各國爭相建設的重點工程，對於國家的生物安全來說至關重要。
全球已建成和待建P4實驗室分布
資料來源：《生物安全4級實驗室建設關鍵問題及發展策略研究》
如何利用P4實驗室？
可以說，擁有硬體上的P4隻是萬裡長徵的第一步。在我國正舉全國之力建設大科學裝置的關鍵階段，在中國各大大科學裝置向世界發出邀請函的同時，如果不能找到此類裝置的正確打開方式，那麼我們便無法充分發揮其價值。
通過對世界眾多P4實驗室的觀察發現，誠然絕大部分實驗室還是由政府核心部門或軍方嚴格把控，但確實也有少量實驗室秉持合作開放共享的態度，合理利用兌現了更多的價值。這類實驗室往往是由大學機構或企業等主導，而對於中國來說，這也是未來建設P4實驗室的主力。因此，本文將重點選擇兩個案例進行說明，希望對更好地利用P4實驗室帶來更多地啟發。
成為大學提高競爭力的利器——美國波士頓大學NEILD實驗室
借用美國政府問責局（Government Accountability Office，GAO）的話，如今大學都急於建立 P3、P4 實驗室，因為高等級實驗室將帶來巨額的資金和巨大的聲望。這也是波士頓大學克服萬難爭取P4實驗室建設的核心目的。
波士頓大學NEILD實驗室外景
圖片來源：The Boston Global
波士頓NEILD實驗室是在美國發生炭疽郵件襲擊事件後，向政府積極爭取的P４實驗室建設項目。該項目不僅能進一步提高美國的生物安全實力，同時也是波士頓鞏固自身在世界生物醫藥地位的重要手段，被視為繼Genetown成功之後，未來能夠再次拉動波士頓經濟增長的新興錨點。
而對於大學來說，則更為純粹，即聯合自身基礎研發的優勢，利用P４實驗室平臺，吸納世界級頂尖科學家，提升學校學術水平，提高世界排名。而這應該也是很多中國城市以及大學，如中國的杭州與浙大等的共同目標。
為此波士頓大學採用「開源創新」（open source）的理念，核心觀點便是平臺化發展思維，用大裝置吸引大人才。
1) 資源開源：站在巨人的肩膀上聯動周邊資源
首先波士頓大學是幸運的，歷經２０餘年的發展，在它周邊已天然聚集著世界級高密度的產業及創新資源。就以其區位為例，波士頓NEILD實驗室可以快速對接周邊的哈佛、麻省理工等名校，可以快速獲取全球醫藥產業的「華爾街」——肯德爾廣場的一手資源，可以迅捷對接波士頓南灣聚集著的２００餘個創新企業，更可以高效到達聚集著１９家醫院及相關學術機構的長木醫學區。可以說，波士頓NEILD實驗室是站在巨人肩膀上的幸運兒。
波士頓大學區位
圖片來源：谷歌地圖
2) 設施開源：將實驗室對外開放培養下一代科學家
其次，整個實驗室非常主張開放合作，給很多人才提供可以接觸的機會。他們可以是來自不同學院、不同年級、不同項目甚至是不同國家。諸如，你可以是醫學院、牙科學院、工程學院甚至是文理學院的學生，你可以是研究生甚至是本科生，你也可以是微生物學、分子細胞生物學、生物工程、解剖與神經系統科學、再生醫學、光學、工程學或化學專業的學生。
總而言之，NEILD會儘可能地將大門向有需要的學生或團體開放。真正讓學生有接觸世界頂級實驗設施的機會，為培養下一代科學明星奠定基礎。
3) 團隊開源：複合交叉學術團隊共事加速創新
而波士頓大學NEILD實驗室能夠吸引頂級科學家的最不可替代的優勢，在於可以低成本組建高質量多學科背景的研究團隊。而這在全世界微生物研究領域來說，屬於首創之舉，是除硬體條件外，吸引頭雁人才聚集的核心要素。
正如NEILD執行官Ronald B. Corley所說，「NEIDL是唯一一個深處在像波士頓大學這樣高度知識密集的研究型大學中的實驗室，也是唯一一個深處在世界生物學者心中的麥加（波士頓）的實驗室。」
舉例來說，世界頂尖微生物學家Elke Mühlberger，致力於進行伊波拉病毒對細胞損害研究。此前，其曾在德國進行專業實驗，後由于波士頓大學NEIL實驗室的建立2008年而遠渡重洋來美國發展。其在此等候9年，2017年實驗室正式開放，成為首批進駐研究的團隊。
她表示，「伊波拉病毒擅於攻擊人體肝臟細胞，但極少危害除人以外的其他動物，導致很難進行動物實驗。而波士頓大學聚集著眾多幹細胞、再生醫學及組織工程學等學術背景人才，可幫助細胞繁殖，加速實驗進程。能夠和這麼多元背景的人合作進行伊波拉病毒研究，這在以前是無法想像的，在世界也尚屬首例。」這種打通科研壁壘的能力是波士頓大學的核心財富。
如今，經過３年的投入運營，NEILD實驗室確實為波士頓大學帶來眾多改變。吸引了近20個世界頂級微生物領域學者與研究團隊，近2年內發表專業學術研究論文共計60餘篇，正式成為美國大學聯盟成員（AUU），並在全美「最具創新力」大學排名中名列２８位，十年內在全美大學排名上升２０餘名。據估計，實驗室的建立還會每年為波士頓帶來近1億每年的經濟影響。
波士頓案例小結：
波士頓大學NEILD實驗室的案例對於一些致力於發展P3乃至P4的科研型大學還是有一定借鑑意義的。對提高大學排名和吸納世界人才有立竿見影的效果。
可以看出，P4實驗室只是發展科研的必備物理條件，但能結合本地豐富堅實的生物醫藥產業基礎和人才才是大學更不可替代的優勢。依託P4實驗室平臺組建更多元的團隊是推進研究的加速器。這樣的話，對於杭州、上海、北京、廣州這樣本身產業基礎和人才有一定積累的城市，在保證安全的前提下，再大力發展P4實驗室其實是更能起到事半功倍的效果。
未完待續，敬請期待
參考資料
1.《四級重器 武漢國家生物安全實驗室（P4）》2.《生物安全4級實驗室建設關鍵問題及發展策略研究》3.巴斯德研究所官網4.梅裡埃基金會官網5.波士頓大學官網6.裡昂經濟署官網7.lyonpole產業園官網
華高萊斯版權所有，轉載請註明出處及作者姓名和作品名稱。不得擅自修改、歪曲或篡改，侵權必究。我們尊重原創，也注重分享。部分圖片來源於網絡，圖片影像版權歸原作者所有，如有侵權請及時聯繫，我們將第一時間刪除。