生物安全背景下高校微生物實驗室改革探索

李倩如 京舒婷 蘭文波 廖芳芳 唐美軍

摘要 微生物實驗室是高校開展微生物實驗的重要場所，目前，社會對生物安全給予了高度重視，對高校微生物實驗室潛在的生物安全風(fēng)險關(guān)注與日俱增。文章根據(jù)生物安全的要求，剖析了高校微生物實驗室在管理制度、設(shè)施設(shè)備、職責(zé)劃分、生物安全意識方面的現(xiàn)狀及存在的問題，并從健全管理體系、加強(qiáng)培訓(xùn)考核、加大設(shè)施設(shè)備投入和結(jié)合虛擬仿真技術(shù)方面提出了具體建議，以期對高校微生物實驗室管理改革提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞 生物安全；微生物實驗室；現(xiàn)狀和問題；改革

中圖分類號：G482文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.020

20世紀(jì)50年代，美國率先提出了實驗室生物安全的概念[1]，雖然我國相較于發(fā)達(dá)國家起步較晚，但隨著社會的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的提高，生物安全在我國逐漸得到重視。隨著《中華人民共和國生物安全法》的制定實施，生物安全作為國家安全的重要組成部分[2]，被提升到了國家戰(zhàn)略地位。

微生物實驗課程是大多數(shù)綜合性高校開設(shè)的基礎(chǔ)實驗課程，其涉及醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境、農(nóng)林等多個專業(yè)[3]。微生物實驗課程不同于一般的實驗課程，不但存在普通理化實驗均有的試劑、儀器等常見危險因素，當(dāng)涉及病原微生物時，還存在一定的生物安全隱患[4]，稍有不慎就可能會引起群體性生物安全事故，并且高校實驗室還普遍存在實驗人員流動性大、實驗技能不熟練、實驗環(huán)境不熟悉等問題[5]。因此，高校微生物實驗室需得到足夠的重視，微生物實驗室管理和課程教學(xué)需不斷進(jìn)行改革探索。

1高校微生物實驗室現(xiàn)狀及存在的問題

隨著國家對高校總體建設(shè)投入的不斷提高以及涉及微生物實驗課的專業(yè)數(shù)量增加，開設(shè)微生物實驗室的院校逐年遞增。與此同時，微生物實驗室配套的教師數(shù)量增速卻相對較低，實驗室設(shè)施設(shè)備方面投入力度不夠。量與質(zhì)的發(fā)展不同步，導(dǎo)致微生物實驗室在多方面存在不同程度的問題。

1.1管理制度不夠健全

由于微生物實驗室的特殊性，需建立相應(yīng)的微生物實驗室專門管理制度。目前，大多數(shù)高校由于專職實驗老師數(shù)量較少，普通實驗室的日常管理已有缺位現(xiàn)象，而要求更高的微生物實驗室管理更是較難達(dá)到規(guī)范水平。微生物實驗室要求有菌種管理制度、實驗室安全管理制度、培養(yǎng)試劑管理制度等，但現(xiàn)狀是部分高校相應(yīng)的制度不完善，比如未建立專門的微生物實驗室生物安全管理制度。有些高校雖然已建立實驗室相關(guān)管理制度，但是存在制度落實不到位的現(xiàn)象，對實驗室管理和生物安全風(fēng)險規(guī)避并未真正發(fā)揮實效。

1.2設(shè)施設(shè)備不齊全

按照《病原微生物實驗室生物安全管理條例》要求，禁止一級、二級生物安全實驗室開展高致病性或疑似高致病性病原微生物實驗活動[6]，對人體有潛在危險的致病微生物應(yīng)在生物安全二級實驗室內(nèi)操作。但由于高校實驗室空間普遍較為緊張，很難單獨為微生物實驗室劃分出與《生物安全實驗室建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（GB50346-2011）相符合的區(qū)域。現(xiàn)實情況是微生物實驗室與理化實驗室混用的情況較多，部分高校即使有單獨的微生物實驗室，也很少能達(dá)到開展高致病性病原微生物實驗時所需的清潔區(qū)、緩沖區(qū)、污染區(qū)等區(qū)域劃分要求。

同時，微生物實驗室設(shè)備配備不齊全、老化現(xiàn)象明顯。設(shè)備老化可能會導(dǎo)致達(dá)不到實驗要求，比如實驗前期準(zhǔn)備和后期滅菌所必需的高壓滅菌鍋、紫外燈老化現(xiàn)象較多，這可能會使實驗受到雜菌污染，影響實驗結(jié)果。需特別指出，高壓滅菌鍋的操作人員按要求應(yīng)取得相應(yīng)的特種設(shè)備操作證并在4年有效期內(nèi)及時換證，但無證、無資質(zhì)操作現(xiàn)象在高校中較為常見。

1.3職責(zé)劃分不明確

微生物實驗室管理職責(zé)較多，需要細(xì)致劃分權(quán)責(zé)，責(zé)任到人。目前部分高校存在菌種保存不當(dāng)、化學(xué)試劑存放不當(dāng)、特種設(shè)備管理不當(dāng)?shù)惹闆r。具體情形如無存放菌種的專用冰箱，或者無存放病原微生物菌種要求的專用超低溫冰箱；化學(xué)試劑特別是危險化學(xué)試劑無專人專鎖保存；特種設(shè)備如高壓滅菌鍋無專人管理；無菌室、超凈工作臺、生物安全柜無專人定期清潔、滅菌等。

1.4生物安全意識較弱

微生物課程屬于基礎(chǔ)課程，一般會將微生物實驗課安排在本科一、二年級進(jìn)行教學(xué)[7]。雖然在正式開展微生物實驗課之前會進(jìn)行理論課教學(xué)，強(qiáng)調(diào)生物安全的重要性和實驗中的風(fēng)險點，但具體開展微生物實驗后，由于學(xué)生人數(shù)較多，微生物實驗室條件有限，還是會存在不按照實驗規(guī)程操作的情況。部分學(xué)生認(rèn)為環(huán)境中本來就存在微生物，對致病性微生物未能引起足夠重視，導(dǎo)致實驗前后滅菌等處理省略不做的情況時有發(fā)生。

2高校微生物實驗室改革探索

2.1建立健全生物安全管理體系

在組織建設(shè)方面，學(xué)?？蓮男ｎI(lǐng)導(dǎo)層起從上至下建立一整套生物安全組織體系?？蓞⒖颊憬髮W(xué)現(xiàn)行模式，成立學(xué)校生物安全管理工作小組[8]，由校領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任小組的主任、副主任，實施“學(xué)校―學(xué)院―實驗室”分級安全管理責(zé)任制體系。通過此體系，既可快速準(zhǔn)確傳達(dá)校領(lǐng)導(dǎo)層關(guān)于生物安全方面的決策意見，又可將微生物實驗實際教學(xué)管理中的問題和生物安全隱患及時向上傳遞，爭取在不利局面產(chǎn)生或擴(kuò)大之前得到解決。

在體系文件方面，需要建立較為全面且行之有效的管理制度體系文件?？蓪⑼ㄓ脤嶒炇夜芾砦募c微生物實驗室的特殊性要求相結(jié)合，制訂包括質(zhì)量手冊、程序文件、作業(yè)指導(dǎo)書和記錄格式在內(nèi)的管理制度體系文件，并每年定期由管理層組織管理評審、質(zhì)量負(fù)責(zé)人組織內(nèi)審，以驗證體系文件的有效性和實用性，及時糾正管理中存在的偏差。

2.2加強(qiáng)生物安全培訓(xùn)和考核

學(xué)校要大力培育高校生物安全方面人才隊伍的建設(shè)。對于微生物實驗室相關(guān)的教師需要定期進(jìn)行培訓(xùn)，包括但不限于生物安全法的解讀、微生物實驗室管理體系文件宣貫、特種設(shè)備的使用和日常維護(hù)等。同時，建立生物安全全流程考核機(jī)制，定期對微生物實驗室管理者和教學(xué)人員進(jìn)行考核，如實驗前的準(zhǔn)備工作是否到位、生物安全柜的使用是否規(guī)范、病原微生物的實驗操作步驟是否正確、生物廢棄物的處置是否合理等，確保考核合格后才能上崗，考核結(jié)果與年底績效考核以及評先評優(yōu)掛鉤。

對于會使用到微生物實驗室、接觸病原微生物的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。除了微生物實驗的理論教學(xué)外，平時可進(jìn)行生物安全法校內(nèi)宣講、開展生物安全方面的知識講座、舉行微生物實驗室開放日活動、防護(hù)服等生物安全防護(hù)用具的演示體驗課等。同時，可定期開展生物安全事故應(yīng)急演練，讓同學(xué)們清楚發(fā)生生物安全事故后應(yīng)該怎樣正確處理，按照應(yīng)急方案沉著冷靜地處理風(fēng)險點，避免安全事故的擴(kuò)大。

2.3加大生物安全防護(hù)設(shè)施設(shè)備投入

微生物實驗室由于其特殊性，需要配備一定的防護(hù)設(shè)備才能保障實驗的順利進(jìn)行。對于普通病原微生物實驗，一般要求在二級或者二級以上生物安全實驗室內(nèi)進(jìn)行，而如病毒核酸的檢測實驗室要求更高，理想為負(fù)壓環(huán)境，且須設(shè)置排風(fēng)處理系統(tǒng)，防止提取核酸時可能產(chǎn)生的氣溶膠危害實驗人員和污染外界環(huán)境。生物安全柜、高壓滅菌鍋、緊急沖淋設(shè)備、護(hù)目鏡、防護(hù)服等要按需配備。同時還需配有用以處理生物廢棄物的設(shè)施設(shè)備，以免對環(huán)境和人員造成污染。

2.4利用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)方式

虛擬仿真實驗教學(xué)是依托于虛擬實驗人機(jī)交互多媒體等技術(shù)，構(gòu)建出高度仿真的虛擬實驗環(huán)境[9]。

2.4.1虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于微生物實驗教學(xué)中的優(yōu)點

不受場地、設(shè)施設(shè)備的限制。高校所配備的生物安全實驗室數(shù)量有限，但開展微生物實驗課的專業(yè)較多，大部分同學(xué)沒有足夠的時間進(jìn)行一次完整的微生物實驗操作，少數(shù)同學(xué)甚至沒有在生物安全柜中操作過。利用虛擬仿真技術(shù)可以不受場地限制，讓學(xué)生身臨其境地進(jìn)行微生物實驗操作。

避免潛在生物安全風(fēng)險。病原微生物實驗特別是高致病性病原微生物實驗都存在一定的生物安全風(fēng)險，若采用虛擬仿真技術(shù)，既可避免現(xiàn)實中實際接觸病原微生物，營造無生物污染的微生物實驗環(huán)境，又能讓同學(xué)體驗微生物培養(yǎng)、分離、鑒定等實驗操作。

調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[10]。以往由于實驗課的嚴(yán)肅性，課堂氣氛較為拘謹(jǐn)?shù)统粒脤W(xué)生對于虛擬仿真技術(shù)的好奇，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性，帶給學(xué)生沉浸式的微生物實驗學(xué)習(xí)體驗，是一種自主自助式的教學(xué)方式。

2.4.2虛擬仿真應(yīng)與實操交互聯(lián)動，實現(xiàn)“線上+線下”良性互動

虛擬仿真技術(shù)的確有諸多優(yōu)點，但仍不可替代實操教學(xué)，最優(yōu)教學(xué)方案是以現(xiàn)實實驗室操作為主，虛擬仿真技術(shù)為輔。在課程設(shè)置方面，需充分考慮到線上、線下課程的優(yōu)缺點，本著“能實不虛，以虛補(bǔ)實”的原則進(jìn)行課程安排。實驗內(nèi)容較為簡單，實驗條件較充足，屬于基礎(chǔ)性需掌握的知識點時可進(jìn)行實操教學(xué)，如微生物形態(tài)學(xué)實驗、革蘭氏染色實驗、菌落總數(shù)平板計數(shù)等；而涉及要求在生物安全二級實驗室或生物安全柜操作的對實驗場地要求較嚴(yán)格的內(nèi)容時可考慮采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，如病毒毒力因子測試實驗、病毒分離培養(yǎng)實驗、毒動力學(xué)實驗、遺傳學(xué)實驗和綜合性實驗等。

3結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)全球化水平越來越高、世界交往越來越頻繁，流行病等生物安全問題大規(guī)模暴發(fā)的可能性與日俱增，我們?nèi)匀恍枰掷m(xù)關(guān)注生物安全，對生物安全方面的研究亟待加強(qiáng)。高校微生物實驗室是生物安全課題研究的孵化點，對其進(jìn)行改革創(chuàng)新可為微生物研究創(chuàng)造更好的條件、營造更好的氛圍，同時也能科學(xué)地規(guī)避其潛在的生物安全風(fēng)險，促進(jìn)高校微生物實驗室良性發(fā)展。

基金項目：湘南學(xué)院2022年校級教學(xué)改革研究項目“生物安全背景下高校微生物實驗室改革探究”；湘南學(xué)院校級教改項目“生物安全背景下的公共衛(wèi)生學(xué)院實驗室教學(xué)改革探索”（湘南學(xué)院校發(fā)〔2020〕78號）；湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（HNJG-2020-0920）；郴州市科學(xué)技術(shù)局“郴州市環(huán)境微生物資源保護(hù)與利用技術(shù)研發(fā)中心”；郴州市科學(xué)技術(shù)局“郴州市應(yīng)用數(shù)學(xué)成果轉(zhuǎn)化技術(shù)研發(fā)中心”；郴州市科學(xué)技術(shù)局“郴州市重金屬污染健康風(fēng)險評估技術(shù)研發(fā)中心”。

參考文獻(xiàn)

[1]劉琦，盧耀勤，劉濤.國內(nèi)外生物安全實驗室的研究進(jìn)展[J].職業(yè)與健康，2021，37（12）：1724-1728.

[2]全國人民代表大會常務(wù)委員會.中華人民共和國生物安全法[Z]. 2020-10-17.

[3]陳鋼，呂春芳，賈然然，等.高校微生物教學(xué)實驗室安全管理現(xiàn)狀及對策[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2022，397（21）：45-47.

[4]呂岫華，劉偉，劉巧麗，等.微生物教學(xué)實驗室生物安全的探索與研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2011（30）：91-94.

[5]梁冰玉，劉潔，農(nóng)清清，等.醫(yī)學(xué)高?？蒲袑嶒炇业纳锇踩芾韀J].內(nèi)科，2021，16（2）：258-260，263.

[6]劉華，王維，江定豐，等.安徽省動物病原微生物實驗室生物安全管理[J].中國動物檢疫，2022，39（5）：61-65.

[7]潘越，吳林根.高校微生物教學(xué)實驗室的安全管理探討[J].安全與環(huán)境工程，2018，.25（4）：119-122.

[8]金海萍，胡凱，樊偉，等.新形勢下高校病原微生物實驗室安全管理探索[J].實驗室科學(xué)，2022，25（3）：207-209，212.

[9]熊宏齊.虛擬仿真實驗教學(xué)助推理論教學(xué)與實驗教學(xué)的融合改革與創(chuàng)新[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（5）：1-4，16.

[10]王艷鳳，趙國星，劉暢，等.虛擬仿真技術(shù)助力下的“醫(yī)學(xué)微生物學(xué)”實驗課程教學(xué)方案設(shè)計和實踐[J].微生物學(xué)通報， 2021，48 （1）： 295-305.