實驗室生物安全的教學實踐與研究

【摘要】實驗室生物安全教育引入大學教育的重要性及重要意義;結合實際情況,對不同專業、不同層次的學生設置不同的定位和課程設計進行教學實踐,研究實驗室生物安全的教學方法,培養學生的生物安全意識,貫徹到實驗室的各項工作中。

【關鍵詞】實驗室生物安全 教學

【中圖分類號】C42【文獻標識碼】A【文章編號】1009-9646(2008)11(a)-0112-02

2003年SARS的爆發流行,生物安全實驗室的建設受到國家相關部門的極大關注,特別是新加坡、臺灣和北京相關實驗室感染事件相繼出現為病原微生物實驗室的生物安全敲響了警鐘,提示實驗室的生物安全僅僅依賴于設施和設備不能保證杜絕事故的發生,實驗室的管理和規范操作程序等人員因素為核心的要求是重中之重,其根本在于切實加強實驗室生物安全意識的培養,其源頭必然是生物安全教育。目前在高等院校病原微生物實驗室進行科研的主體人員大多為助理研究人員或研究生,在實驗操作過程中,因為生物安全意識薄弱、操作不熟練,對所研究的課題存在的生物危險認識不夠,容易忽視生物安全,因此發生實驗室內微生物感染的潛在風險往往高于有經驗的研究者。為此,國外許多大學已經為研究生開設實驗室生物安全的相關課程,而國內大學尚未開始進行這項工作[1]。

“硬件、軟件和操作者”是構成實驗室生物安全的三要素,而其中人是核心要素,如果管理者和使用者的意識淡漠、操作不規范,多高級的設施也發揮不了作用,再好的制度也得不到落實,因此,必須有計劃地開展人員培訓以提高實驗室相關人員的素質[2]。國務院令第424號《病原微生物實驗室生物安全管理條例》的第三章第三十四條明確規定實驗室或者實驗室的設立單位應當每年定期對工作人員進行培訓,保證其掌握實驗室技術規范、操作規程、生物安全防護知識和實際操作技能,并進行考核[3]。由此可見,實驗室生物安全教育勢在必行且舉足輕重。面對需求,我們在復旦大學率先開設了生物安全的課程,現將有關體會總結如下。

1 課程背景

課程開設基于部分調查結果,在本實驗室建設過程中,一份對醫學院在校學生及附近社會人員進行的調查顯示大部分人對生物安全實驗室建設項目的意見持反對意見,尤其是附近社會人員比例高達67%,因擔心對環境造成影響占58%,另外,本實驗室也與校內師生進行了座談,綜合結果分析:①在高校內,實驗室是教學和研究的重要場所,尤其是醫學院,微生物實驗室是醫學生必經之路,確保實驗室生物安全不僅是學生,也是每位教師或倒是所迫切希望的,但是,具體如何實施卻無從下手或在實際操作中未得到系統地貫徹;②社會人員由于對烈性傳染病的恐慌以及對生物安全實驗室的一知半解,造成了對生物安全實驗室的懷疑和誤解。由此我們強烈意識到,實驗室生物安全的通識教育和專業培訓迫在眉睫。

國外實驗室生物安全教育的現狀:2003年世界衛生組織(WHO)就出版了《WHO Laboratory Biosafety Manual》一書,成為實驗室生物安全教育的經典教材;美國弗吉尼亞大學的生物安全委員會對實驗室生物安全教育有詳細的規劃,分類及記錄,個別的相關培訓甚至一年更新兩次,并且規定必須參加美國職業安全與健康局(OSHA)血源性病原規定相關的課程和弗吉尼亞大學的生物安全課程的研究人員才可從事重組DNA、傳染性病原、人細胞培養和人體液等方面的工作[4];華盛頓大學環境健康與安全學系的研究生已開設實驗室生物安全的課程,并且開通網絡教學以達到普及的目的[5];奧地利農業科學大學的應用微生物學院早在2005年前就已開設了專門的課程[6];俄羅斯也于2005年開始規劃,計劃在2008年將實驗室生物安全課程作為生物技術專業學生的必修課[7]。目前許多在生物領域具有優勢的發達國家都已經非常重視實驗室生物安全教育培訓這一問題,學校教育,網絡教育,科研單位的培訓等等,都已顯現此項教育工作的普及程度。

國內實驗室生物安全教育的現狀:教育部公布的《2004 年度經教育部備案或批準設置的高等學校本?？茖I名單的通知》中,福建農林大學在全國高校中首開生物安全本科專業,但這一專業主要針對的是轉基因生物安全性問題;北京大學醫學部在醫學各專業、各類在讀研究生及在職申請學位研究生中開設《醫學生物安全與法規》(Biosafety and Related Law of Medicine) 課程,內容包括病原生物學、放射醫學和醫用化學實驗的安全與防護、以及生物醫學研究的倫理問題、從事生物醫學研究工作的人員必須要準確掌握相關的重要的法律法規等[4]。然而,尚無開設系統的實驗室生物安全課程。本實驗室是設立于高校內的三級生物安全實驗室,擁有得天獨厚的教學資源和良好的教學環境,必然擔負起實驗室生物安全課程的教學任務,發揮高校和生物安全實驗室相結合的優勢。我們于2006年春季開設了面對本科生的選修課“生物安全導論”、“生物安全基礎”和針對研究生的“實驗室生物安全基礎”共三門課程。

2 課程的總體設想和課程設置

課程開設的目的是使在校學習的相關學科學生了解生物安全的重要性。面對新現和再現嚴重傳染性病原微生物,在預防、治療、研究過程中如何進行生物安全防護;緊急突發嚴重傳染性疾病事件中能夠進行自我保護和發揮積極、正確的作用。課程主要教學內容分三個層次介紹有關生物安全的基本知識。首先是生物安全的歷史、發展、與現狀以及國際國內相關法規,自然界和人為導致的生物安全問題及如何評估生物因子的危害等;其次是當前用于保護工作人員和工作環境不被微生物因子感染或污染的基礎設施的設計與工作原理,以及不同微生物因子相應的防護級別與要求;最后是接觸生物危險因子的人員如何通過完善管理和規范操作技術,從而達到防止危險生物因子感染或污染目的。課程采用講授、討論、見習和課外作業多種方式提高學習效率和興趣,講授以電腦幻燈片形式為主,分別由本實驗室教師講授和聘請相關領域專家進行專題講座。課程考核以“考試+課外作業+見習”綜合評定,期末考試成績不超過總成績的50%,考試也以開卷分析題和小論文的形式啟發學生深入思考。課程參考教材為:祈國明主編的《病原微生物實驗室生物安全》;世界衛生組織(WHO)出版的《實驗室生物安全手冊》第三版;陸兵主編的《實驗室生物安全基礎知識》等書,并配合自編教材。同時鼓勵學生通過國家重點實驗室網上合作研究平臺的網站(.cn/qkimages//gxjy/gxjy200816/gxjy20081685-1-l.jpg" hspace="15" vspace="5" align="">

(1)作為非醫學專業本科生的公共選修課,課程將會更緊密地結合當前的形勢,對生物恐怖,生物武器等學生感興趣的內容作深入探討,以此為切入點,引發學生對生物安全問題思考和對生物安全原理的掌握。見習以參觀生物安全實驗室和觀看錄像為主?？己说牟糠謥碜酝瑢W對該課程的參與度,所以最后評分也主要是由出勤率,平時作業,小論文及開卷問答題來決定。

(2)作為醫學系學生的專業選修課,除了引發學生對生物安全問題思考和對生物安全原理的掌握,更重要的是培養學生的生物安全意識和生物安全行為,并將此帶入到日后的學習和工作中。見習包括三部分:個人防護、生物安全柜的使用操作和廢棄物處理,要求學生在實驗室生有生物安全層面上的認識?？己艘云綍r成績、實習參與及課程理論考三者并重。

(3)作為醫學系研究生的專業選修課,重點相應地調整為向進入生物醫學相關實驗室從事與病原相關課題研究的學生提供實驗室生物安全的基本培訓,增強生物安全的意識。實習以個人防護用品的選擇和正確使用、生物安全柜內的操作、易產生氣溶膠的儀器使用、廢棄物處理等具體方面為重,要求生物安全意識貫穿于操作中?？己朔譃槔碚撜莆蘸蛯嶒灢僮骷寄茉u定。

3 課程實施情況

在上述三門生物安全課程開設情況進行匯總后,我們就課程計劃實施情況和教學效果進行總結和分析:

所有課程均為2學分課程,由理論和見實習組成,鑒于課程目的和對學生的要求有所區別,我們逐步增加了見實習課時的比例。由于選課學生的專業性質決定,從選課人數也反映了三個層次的學生對生物安全重要性的認識是不同的,在課程結束后對上課學生的調查中也同樣顯示了這個問題,有個別本科生認為三級生物安全實驗室的個人防護過多,是不必要的,但研究生中無人有此想法。通過整個課程的學習后,基本所有的學生對實驗室生物安全有了較為系統的認識。部分學生建議此課程作為醫學院校學生的必修課程,并認識到作為生物醫學工作者的生物安全知識普及的責任。

為了避免理論課的枯燥,我們也采用多種教學方法,我們針對部分內容邀請了國內外具有病原微生物方面豐富工作經驗的專家、生物安全實驗室管理方面的專家及衛生主管部門工作的專家進行講座,開擴學生的眼界;在講授生物安全操作為主要內容的課時,為了使學生加深理解并激發其積極參與討論,我們盡量運用圖片,并在本實驗室內建立網絡服務器,提供學生FTP傳輸課件資料;見實習課上,采用多種方法,包括錄像資料,實時視頻,模擬實驗,學生就操作當場進行討論,啟發學生進行思考。

由于學生的基礎和水平不同,對課程的期待和建議也有所不同。非醫學院本科生有一定的獵奇心理,同時在自我保護層面上也希望了解相關內容,而醫學院本科生不僅限于要求了解生物安全實驗室的構成以及實驗室內的流程和操作,還希望了解生物安全事件發生后社會的反應,包括政府的反應、導向以及大眾的自身保護和責任。研究生則主要專注于實驗室內的具體操作,注意細節及是否合理,并對各環節討論更好的處理方式,同樣對政策法律有更深刻的理解。

4 生物安全實驗室承擔教學任務的困難和解決方法的探索

由于生物安全實驗室的特殊性,生物安全實驗室無論從管理角度,還是生物安全角度出發,進入生物安全實驗室核心區域必須通過培訓,考核合格才能進入。而實驗室技術規范、操作規程、生物安全防護和實際操作技能的訓練必須通過實際操作和實踐才能有所體會,因此要達到課程的預期目標,存在一定的困難。在生物安全實驗室進行教學活動,即要保證學生的安全,也要保證實驗室的安全,為此我們在實驗室的主要位置,尤其是面向生物安全柜的操作臺面的位置多角度安置了攝像頭,學生能夠通過實時視頻觀察實驗人員的操作,同時監控屏前設專人監控,確保學生不進入本實驗室的實驗活動區域。進而,我們建立了模擬實驗室,在模擬實驗室放置了三級生物安全實驗室所配備的生物安全柜、離心機等儀器,我們將實習分步驟進行,個人防護、生物安全柜操作、儀器設備操作等在模擬實驗室完成。實習內容必須涉及實驗室內部路線的樣品接受,物品出入、個人防護穿脫及廢棄物處理等部分,我們請學校專業攝制部門制作標準操作的錄像,在操作前先讓學生觀看。

因實驗室場地和工作人員有限,難以對幾十個學生同時進行嚴格的生物安全操作培訓,盡管學生分批分時段進行實習,但仍無法滿足每位學生都能進行實際操作的要求。我們采用方法是一個學生操作,同時3-4名學生觀看,并且要求觀看的同學進行糾錯和討論,給學生一個印象深刻的實習,關鍵在于啟發學生思考和盡量多的參與機會。

生物安全實驗室的大部分實驗都有嚴格和相對規范的操作步驟,以保證生物安全的控制,我們無法讓學生對具有傳染性的微生物進行操作,也無法涉及所有操作,我們設計了針對產生氣溶膠和接觸傳染情況的實驗,并且實驗包括了主要儀器如離心機的使用。我們主要是培養和加強學生的生物安全意識。

5 總結和展望

面對新現和再現嚴重傳染性病原微生物,在預防、治療、研究中如何進行生物安全防護,以保護工作人員、保護工作環境和保護患者是我國醫學、生命科學所面臨的新課題,也是我國高等教育應該重視的問題之一。借此之際,我們嘗試在高校內開展生物安全教育,為生物安全教育在高校的推進積累經驗。生物安全教育必須進入臨床醫學、預防醫學、基礎醫學和生命科學等專業教學培養方案的必修范疇。

參考文獻

[1] 趙秀英,閻惠平,段鐘平.關于培養醫學研究生生物安全意識的探討.西北醫學教育,2007,6(15)03:439-440.

[2] 祁國明.病原微生物實驗室生物安全(第二版)[M].人民衛生出版社,2006:199.

[3]《病原微生物實驗室生物安全管理條例》,中華人民共和國國務院令第424號.

[4] https://vprgsecure.web.virginia.edu/bio/.

[5] http://www.ehs.washington.edu/rbsbiosafe/labpractices.shtm.

[6] http://www.boku.ac.at/iam/efb/doblhoff/.

[7] www.centrovolta.it/landau/content/binary/Netesov%20-%20The%20Development%20of%20 Biosafety,%20Biosecurity%20and%20B ioethics%20Educational%20Programs%20in% 20Leading%20Universities%20in%20Russia.pdf.

[8] 趙衛,朱利,黎誠耀.預防醫學生亟需開展《實驗室生物安全》教育.現代預防醫學,2007,34(3):567574.