現(xiàn)代分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)與發(fā)展

高潔，吉兆華，劉義文，郭致文，邵中軍，閆永平

（1.第四軍醫(yī)大學(xué)，陜西西安 710032；2.武威市疾病預(yù)防控制中心，甘肅武威 733000）

現(xiàn)代分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)與發(fā)展

高潔1，吉兆華1，劉義文2，郭致文2，邵中軍1，閆永平1

（1.第四軍醫(yī)大學(xué)，陜西西安 710032；2.武威市疾病預(yù)防控制中心，甘肅武威 733000）

分子流行病學(xué)實驗室作為重大傳染病防治研究的前沿陣地，自2003年SARS暴發(fā)以后逐步受到公共衛(wèi)生部門的重視。分子流行病學(xué)實驗室利用分子生物學(xué)理論、技術(shù)和方法，圍繞重大傳染性疾病、突發(fā)公共衛(wèi)生事件處置、生物武器防護等問題進行研究，著重研究暴露因素與基因及蛋白的關(guān)系、傳染性疾病生物標志物的檢測與識別，為國家和軍隊重大傳染病防治和突發(fā)公共衛(wèi)生事件處置提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。從實踐經(jīng)驗角度出發(fā)，以分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)的兩大核心要素——管理要素和技術(shù)要素為論述依據(jù)，重點闡釋實驗室建設(shè)中的核心問題，為現(xiàn)代分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)與發(fā)展提供參考意見。

分子流行病學(xué)；實驗室建設(shè)；傳染病防治

目前，疾病暴發(fā)和應(yīng)急性公共衛(wèi)生問題日益全球化，分子流行病學(xué)實驗室作為重大傳染病防治研究的前沿陣地，自2003年SARS暴發(fā)以后逐步受到公共衛(wèi)生部門的重視。第四軍醫(yī)大學(xué)分子流行病學(xué)實驗室作為全軍現(xiàn)場流行病學(xué)研究重點實驗室的核心組成單元，承擔著軍事醫(yī)學(xué)研究、實驗教學(xué)、流行病學(xué)調(diào)查、公共衛(wèi)生事件處置、傳染病防治研究、臨床流行病學(xué)研究等多項任務(wù)。自2009年以來，在“國家傳染病防治科技重大專項”、“全軍重點實驗室建設(shè)”等項目扶持下，本實驗室逐步發(fā)展、完善，在人員配置、儀器管理、科研管理、教學(xué)管理、標本庫管理、安全管理等方面積累了豐富的經(jīng)驗，為學(xué)科發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1 分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)

1.1 實驗室建設(shè)應(yīng)與學(xué)科發(fā)展相適應(yīng)

分子流行病學(xué)最早由Kilbourne于1973年在其關(guān)于流感的研究中提出［1］，此后Schulte和Perera于1993年在論著《分子流行病學(xué)：原理和應(yīng)用》中將這一概念進行了明確的定義和闡釋。21世紀初，隨著分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)的爆炸式發(fā)展，分子流行病學(xué)作為探究疾病與細胞分子關(guān)系的應(yīng)用學(xué)科得到了穩(wěn)步發(fā)展，如今每年僅在PubMed上發(fā)表的相關(guān)論文就達到7 000余篇。分子流行病學(xué)實驗室的發(fā)展為各種類型的分子流行病學(xué)研究提供了技術(shù)支撐和研究平臺。

2009年以后，我國在衛(wèi)生部、教育部、CDC的支持下，批準建立了多家國家級、省級現(xiàn)代化的分子流行病學(xué)實驗室［2］。實驗室裝備精良、人員專業(yè)，從不同研究方向彌補了我國在腫瘤分子流行病學(xué)、傳染病流行病學(xué)、臨床流行病學(xué)、院內(nèi)感染預(yù)防控制研究等方面的不足。如今，分子流行病學(xué)實驗室已由單一的傳染病流行規(guī)律、傳播途徑的檢測實驗室發(fā)展成為集空間流行病學(xué)、現(xiàn)場流行病學(xué)、基因組流行病學(xué)、藥物流行病學(xué)、循證醫(yī)學(xué)、分子遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)信息處理與數(shù)據(jù)挖掘等多學(xué)科于一體的綜合實驗室。實驗室發(fā)展與學(xué)科發(fā)展密不可分，應(yīng)整合公共衛(wèi)生資源，緊跟學(xué)科發(fā)展方向，采用分子生物學(xué)、流行病學(xué)、衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)的技術(shù)和方法，提高預(yù)防醫(yī)學(xué)科研轉(zhuǎn)化能力，這也是分子流行病學(xué)實驗室的未來發(fā)展方向。

1.2 實驗室建設(shè)應(yīng)與運行目標相適應(yīng)

本校分子流行病學(xué)實驗室是我軍最早的一批軍隊重點實驗室之一，多次參加部隊和地方的突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應(yīng)急處置工作，并連續(xù)多年成功舉辦全軍現(xiàn)場流行病學(xué)培訓(xùn)班。在全軍“十一五”、“十二五”課題的資助下，先后開展了部隊流感防控策略、遙感流行病學(xué)、部隊肝炎的流行病學(xué)研究，在部隊疾病控制方面發(fā)揮了重要作用。同時，在國家傳染病防治科技重大專項的連續(xù)資助下，建立了100萬人口的甘肅武威市傳染病流行病學(xué)防控現(xiàn)場。實驗室技術(shù)能力和實力大幅度提高，具備大批量生物標本采集、處理、分離、長期儲存能力，完成了30萬份血清標本和5萬份細胞組織樣本生物標本庫的建立；分子生物學(xué)實驗單元具有核酸全自動抽提和定量、基因克隆和測序、基因多態(tài)檢測和進行各類生物標志物檢測的實驗?zāi)芰Α?009年，為了滿足生物安全處置和科研發(fā)展需要，實驗室還配備有高標準的“BSL-2”級生物安全實驗單元、SPF級實驗動物房、臨床級細胞實驗單元。2012年，實驗室在原有計算機分析平臺的基礎(chǔ)上建立了生物信息學(xué)實驗單元，配置IBM高端刀片服務(wù)器，將多節(jié)點協(xié)同運算分析技術(shù)用于基因分析、分子流行病學(xué)統(tǒng)計、時空流行病學(xué)建模和預(yù)測。2014年，實驗室在生物武器防護教學(xué)與研究的基礎(chǔ)上，建立了基于新一代基因芯片技術(shù)的生物戰(zhàn)劑檢測與研發(fā)實驗單元。2015年，實驗室在臨床流行病學(xué)單元（CEU）基礎(chǔ)上，進一步整合實驗室科研和人才資源，與西安市疾病預(yù)防控制中心戰(zhàn)略合作，從循證醫(yī)學(xué)角度重點研究地方性慢性病的分子流行病學(xué)機理。

如今，本校分子流行病學(xué)實驗室隨著教學(xué)、科研、軍事改革的浪潮，不斷調(diào)整運行目標，升級和改善實驗室基礎(chǔ)環(huán)境，擴展研究領(lǐng)域和方向，為全面提升實驗室研究能力和水平創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的條件。

1.3 實驗室建設(shè)要素

分子流行病學(xué)實驗室建設(shè)要素通常包括管理要素和技術(shù)要素兩大部分，其核心管理思想來源于CNAS（《醫(yī)學(xué)實驗室質(zhì)量和能力認可準則》），旨在合理、全面地管理與評估實驗室的運行和發(fā)展。在實際應(yīng)用中，本實驗室根據(jù)學(xué)科發(fā)展特點將管理要素概括為組織與管理結(jié)構(gòu)、實驗室管理制度、運行管理的評估與考核、對外合作與聯(lián)系4個方面；將技術(shù)要素概括為人員管理、實驗室環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、生物標本庫、技術(shù)能力管理與發(fā)展、業(yè)務(wù)流程管理和控制、信息管理7個方面。

2 分子流行病學(xué)實驗室管理的關(guān)鍵要素

2.1 組織和管理結(jié)構(gòu)

實驗室由管理委員會負責(zé)日常管理，設(shè)主任、副主任和管理秘書，通常由科室主任擔任實驗室主任，以確保實驗室各項管理措施的落實；設(shè)置實驗室專職安全管理員，由實驗室主任直接領(lǐng)導(dǎo)，負責(zé)監(jiān)督、落實實驗室各項安全制度和措施，保障實驗室的安全運行。成立了以我軍著名流行病學(xué)專家徐德忠教授為主席的學(xué)術(shù)委員會，同時聘請了相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威專家為成員，如北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部病毒學(xué)專家莊輝院士、浙江大學(xué)傳染病學(xué)專家李蘭娟院士、中國CDC首席流行病學(xué)專家曾光教授等。學(xué)術(shù)委員會定期督導(dǎo)實驗室的運行與發(fā)展，為管理委員會提供專業(yè)的管理和發(fā)展意見。

2.2 運行管理的評估與考核

管理委員會定期組織工作進展匯報、工作成果總結(jié)，要求每一個人都走上“講臺”，面對全體工作人員匯報自己近期的工作、掌握的技術(shù)、課題的進展、遇到的問題。由管理委員會公開公正地考核匯報人員的工作績效，并對下一步工作計劃制訂提出指導(dǎo)意見，引導(dǎo)關(guān)鍵問題的解決。管理委員會每年將實驗室運行管理的考核結(jié)果、科技成果匯總，報送實驗室學(xué)術(shù)委員會和主管部門審核，并將審核意見和建議作為下一年度的工作任務(wù)納入工作計劃。

2.3 對外合作與聯(lián)系

充分發(fā)揮實驗室在科研項目、實驗條件和解決國家重大需求等方面的優(yōu)勢，根據(jù)研究方向并依托項目設(shè)置開放基金和課題，吸引國內(nèi)外優(yōu)秀科技人才，積極開展國際和國內(nèi)合作與學(xué)術(shù)交流。近兩年共舉辦高端國際學(xué)術(shù)交流會3場，邀請國內(nèi)外知名專家教授交流訪問十余次。

同時，實驗室注重區(qū)域性科研技術(shù)合作，分別與甘肅省武威市政府、武威市疾控中心、陜西省疾控中心、西安市疾控中心、陜西省大荔縣政府、敦煌市疾控中心簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，為拓展分子流行病學(xué)實驗室研究領(lǐng)域、加強領(lǐng)域內(nèi)橫向合作奠定了基礎(chǔ)。

2.4 人員管理

現(xiàn)代流行病學(xué)實驗室的功能劃分決定了其復(fù)雜的人員組成結(jié)構(gòu)，既包括本實驗室學(xué)術(shù)專家、管理人員、技術(shù)支持人員、維護保障人員等實驗室常駐人員，又包括課題研究人員、進修生、研究生、外來訪問交流人員等短期駐留人員。實驗室根據(jù)人員類別，設(shè)置不同的進入許可、設(shè)備儀器使用權(quán)限、實驗生物安全許可、流行病學(xué)資料（數(shù)據(jù)）訪問許可以及實驗室信息系統(tǒng)賬戶訪問權(quán)限。

所有人員均擁有獨立的信息系統(tǒng)賬戶，用于在職或在研期間科研資料、個人研究成果的管理，實現(xiàn)了以電子化方式記錄科研過程、以數(shù)據(jù)庫方式儲存和管理科研成果的目標。這種管理模式不但彌補了紙質(zhì)資料記錄不易、耗時過長、查詢不便的缺陷，還將人員管理與科研過程管理直接掛鉤，便于公正、公平地統(tǒng)計績效、評估人員能力，為實驗室人員管理奠定了信息化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.5 設(shè)備設(shè)施管理

設(shè)備設(shè)施管理是實驗室重要的資產(chǎn)管理項目，也是實驗室保障教、學(xué)、研任務(wù)順利進行的資源前提。分子流行病學(xué)實驗室設(shè)備設(shè)施具有其學(xué)科特點，高端設(shè)備（分析設(shè)備、精密設(shè)備）密集、環(huán)境設(shè)施（通風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)等）覆蓋全面，需專人進行技術(shù)支持、定期維護和校正。在實驗室管理實踐中，設(shè)備設(shè)施良好率和故障率是評價管理水平的重要指標。運行數(shù)據(jù)顯示，80%以上的設(shè)備設(shè)施故障均由人為因素造成，災(zāi)難、意外（斷電、漏水）或設(shè)備本身問題導(dǎo)致的故障僅占兩成左右。人為操作不當為設(shè)備設(shè)施故障的主要因素，其次為維護不當或維護不及時。實驗室配備有專職設(shè)備管理員，負責(zé)實驗室設(shè)備設(shè)施的維護和使用培訓(xùn)工作。但是從實際運行來看，對于科研、實驗經(jīng)驗有限的研究生、進修生，短期技術(shù)培訓(xùn)并不能杜絕或有效減少類似事故的發(fā)生，必須采用規(guī)范化的科研流程、公示主要操作步驟、警示關(guān)鍵危險操作及安全責(zé)任、預(yù)約復(fù)雜實驗的技術(shù)輔助并控制獨立實驗頻次，才能有效降低設(shè)備設(shè)施的故障率。

2.6 業(yè)務(wù)流程管理

實驗室承擔的業(yè)務(wù)包括：教學(xué)任務(wù)、科研任務(wù)、軍事任務(wù)、應(yīng)急任務(wù)。實驗室采用信息化管理模式，將教學(xué)任務(wù)、科研任務(wù)規(guī)范為固定的工作流程，降低了任務(wù)執(zhí)行過程中的差錯率，縮短了任務(wù)完成的時間。對于復(fù)雜的團隊協(xié)作任務(wù)，通過信息化管理可以明確每一位成員的職責(zé)和分工，任務(wù)進展全過程透明可控，在遇到困難或障礙時便于協(xié)調(diào)工作，任務(wù)完成時每位成員績效一目了然，便于實驗室管理者實施有效的績效激勵。

2.7 生物標本管理

實驗室目前常規(guī)超低溫存儲30萬份血清標本和5萬份細胞組織樣本，采用青島海爾自主研發(fā)的生物標本庫管理軟件及冷鏈報警系統(tǒng)，電子化管理生物樣本庫的樣本出庫申請、入庫登記、查詢登記、取用登記、標本狀態(tài)預(yù)警、樣本報廢等流程。電子化管理過程中涉及的統(tǒng)計指標包括溫度、濕度、樣本量、取用量、標本狀態(tài)抽查異常比率等，作為生物標本庫質(zhì)量管理的預(yù)警指標，設(shè)定波動范圍，并根據(jù)波動情況采用不同的保障措施或應(yīng)急預(yù)案。

2.8 安全管理

分子流行病學(xué)實驗室是安全管理的重點場所，安全管理內(nèi)容主要分為生物安全、意外傷害安全、化學(xué)品安全、消防安全四大類。

生物安全保障是分子流行病學(xué)實驗室的首要任務(wù)。由于實驗樣本大多含有傳染病病原體，實驗室按照國務(wù)院頒布的《病原微生物實驗室生物安全管理條例》和國家標準GB19489-2008《實驗室生物安全通用要求》為基準，制訂了《實驗室生物安全手冊》，并定期組織學(xué)習(xí)、研討應(yīng)急處置預(yù)案，根據(jù)在研課題或項目特點，對實驗室使用人員發(fā)布有針對性的生物安全警示。

對于污染區(qū)，實驗室采用預(yù)約登記使用流程，由課題或科研負責(zé)人提出實驗申請并承擔生物安全責(zé)任，由實驗室專職安全管理員負責(zé)在實驗期間對生物安全條件（負壓、污染控制、設(shè)備狀態(tài)、垃圾處理）進行監(jiān)控，并由實驗室專職實驗師進行實驗技術(shù)輔助，確保實驗在安全條件下順利進行。

實驗室嚴格控制病原微生物菌種、病毒株、樣本的接收，所有菌種、毒株均做到分類備案登記，制訂相關(guān)安全管理制度，保存場所嚴格與普通樣本空間隔離，保存冰箱或液氮罐設(shè)置雙鎖，由菌種保管員和生物安全員分別管理鑰匙。對于復(fù)蘇失敗的菌種、毒株及其實驗相關(guān)廢棄物，由生物安全員負責(zé)統(tǒng)一裝入廢棄物專用高壓滅菌鍋，高壓滅菌處理后按感染性廢物處理。

在分子流行病學(xué)實驗室，意外事故傷害主要來自于危險設(shè)備操作，如高速離心機、超低溫設(shè)備、加熱裝置、氣體壓力裝置等。除制訂特殊設(shè)備簡易標準化操作流程（SOP）外，還在設(shè)備明顯位置張貼危險警示標識、標簽，標明緊急聯(lián)系人電話。操作危險設(shè)備前，要求進行操作登記，登記欄在醒目位置提示使用者閱讀設(shè)備使用注意事項、危險類型及應(yīng)急預(yù)案。

3 分子流行病學(xué)實驗室的發(fā)展展望

第四軍醫(yī)大學(xué)分子流行病學(xué)實驗室作為全軍現(xiàn)場流行病學(xué)重點實驗室的重要組成單元，在西北地區(qū)（陜西、甘肅、寧夏、新疆）軍、地疾病防控領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代化的管理理念、信息化的管理手段、國際化的技術(shù)設(shè)備以及“扎根本土、服務(wù)地方”的流行病學(xué)研究方向，為實驗室的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。

［1］Kilbourne E D.The molecular epidemiology of influenza［J］.J Infect Dis，1973，127（4）：478-487.

［2］余日安，楊翌，姚振江，等.醫(yī)藥院校建設(shè)分子流行病學(xué)重點實驗室的實踐［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2011（6）：540-543.

G40-03

A

1671-1246（2015）24-0085-03

國家傳染病防治科技重大專項（2012ZX10004907）；第四軍醫(yī)大學(xué)軍事醫(yī)學(xué)提升計劃（2014TSB-0502）