现代分子流行病学实验室建设与发展

2015-03-18高洁吉兆华刘义文郭致文邵中军闫永平

卫生职业教育 2015年24期

关键词：流行病学分子实验室

高洁，吉兆华，刘义文，郭致文，邵中军，闫永平

（1.第四军医大学，陕西西安 710032；2.武威市疾病预防控制中心，甘肃武威 733000）

现代分子流行病学实验室建设与发展

高洁1，吉兆华1，刘义文2，郭致文2，邵中军1，闫永平1

（1.第四军医大学，陕西西安 710032；2.武威市疾病预防控制中心，甘肃武威 733000）

分子流行病学实验室作为重大传染病防治研究的前沿阵地，自2003年SARS暴发以后逐步受到公共卫生部门的重视。分子流行病学实验室利用分子生物学理论、技术和方法，围绕重大传染性疾病、突发公共卫生事件处置、生物武器防护等问题进行研究，着重研究暴露因素与基因及蛋白的关系、传染性疾病生物标志物的检测与识别，为国家和军队重大传染病防治和突发公共卫生事件处置提供技术支撑和科学依据。从实践经验角度出发，以分子流行病学实验室建设的两大核心要素——管理要素和技术要素为论述依据，重点阐释实验室建设中的核心问题，为现代分子流行病学实验室建设与发展提供参考意见。

分子流行病学；实验室建设；传染病防治

目前，疾病暴发和应急性公共卫生问题日益全球化，分子流行病学实验室作为重大传染病防治研究的前沿阵地，自2003年SARS暴发以后逐步受到公共卫生部门的重视。第四军医大学分子流行病学实验室作为全军现场流行病学研究重点实验室的核心组成单元，承担着军事医学研究、实验教学、流行病学调查、公共卫生事件处置、传染病防治研究、临床流行病学研究等多项任务。自2009年以来，在“国家传染病防治科技重大专项”、“全军重点实验室建设”等项目扶持下，本实验室逐步发展、完善，在人员配置、仪器管理、科研管理、教学管理、标本库管理、安全管理等方面积累了丰富的经验，为学科发展奠定了坚实的基础。

1 分子流行病学实验室建设

1.1 实验室建设应与学科发展相适应

分子流行病学最早由Kilbourne于1973年在其关于流感的研究中提出［1］，此后Schulte和Perera于1993年在论著《分子流行病学：原理和应用》中将这一概念进行了明确的定义和阐释。21世纪初，随着分子生物学和细胞生物学的爆炸式发展，分子流行病学作为探究疾病与细胞分子关系的应用学科得到了稳步发展，如今每年仅在PubMed上发表的相关论文就达到7 000余篇。分子流行病学实验室的发展为各种类型的分子流行病学研究提供了技术支撑和研究平台。

2009年以后，我国在卫生部、教育部、CDC的支持下，批准建立了多家国家级、省级现代化的分子流行病学实验室［2］。实验室装备精良、人员专业，从不同研究方向弥补了我国在肿瘤分子流行病学、传染病流行病学、临床流行病学、院内感染预防控制研究等方面的不足。如今，分子流行病学实验室已由单一的传染病流行规律、传播途径的检测实验室发展成为集空间流行病学、现场流行病学、基因组流行病学、药物流行病学、循证医学、分子遗传学、医学信息处理与数据挖掘等多学科于一体的综合实验室。实验室发展与学科发展密不可分，应整合公共卫生资源，紧跟学科发展方向，采用分子生物学、流行病学、卫生统计学的技术和方法，提高预防医学科研转化能力，这也是分子流行病学实验室的未来发展方向。

1.2 实验室建设应与运行目标相适应

本校分子流行病学实验室是我军最早的一批军队重点实验室之一，多次参加部队和地方的突发公共卫生事件的应急处置工作，并连续多年成功举办全军现场流行病学培训班。在全军“十一五”、“十二五”课题的资助下，先后开展了部队流感防控策略、遥感流行病学、部队肝炎的流行病学研究，在部队疾病控制方面发挥了重要作用。同时，在国家传染病防治科技重大专项的连续资助下，建立了100万人口的甘肃武威市传染病流行病学防控现场。实验室技术能力和实力大幅度提高，具备大批量生物标本采集、处理、分离、长期储存能力，完成了30万份血清标本和5万份细胞组织样本生物标本库的建立；分子生物学实验单元具有核酸全自动抽提和定量、基因克隆和测序、基因多态检测和进行各类生物标志物检测的实验能力。2009年，为了满足生物安全处置和科研发展需要，实验室还配备有高标准的“BSL-2”级生物安全实验单元、SPF级实验动物房、临床级细胞实验单元。2012年，实验室在原有计算机分析平台的基础上建立了生物信息学实验单元，配置IBM高端刀片服务器，将多节点协同运算分析技术用于基因分析、分子流行病学统计、时空流行病学建模和预测。2014年，实验室在生物武器防护教学与研究的基础上，建立了基于新一代基因芯片技术的生物战剂检测与研发实验单元。2015年，实验室在临床流行病学单元（CEU）基础上，进一步整合实验室科研和人才资源，与西安市疾病预防控制中心战略合作，从循证医学角度重点研究地方性慢性病的分子流行病学机理。

如今，本校分子流行病学实验室随着教学、科研、军事改革的浪潮，不断调整运行目标，升级和改善实验室基础环境，扩展研究领域和方向，为全面提升实验室研究能力和水平创造可持续发展的条件。

1.3 实验室建设要素

分子流行病学实验室建设要素通常包括管理要素和技术要素两大部分，其核心管理思想来源于CNAS（《医学实验室质量和能力认可准则》），旨在合理、全面地管理与评估实验室的运行和发展。在实际应用中，本实验室根据学科发展特点将管理要素概括为组织与管理结构、实验室管理制度、运行管理的评估与考核、对外合作与联系4个方面；将技术要素概括为人员管理、实验室环境、设备设施、生物标本库、技术能力管理与发展、业务流程管理和控制、信息管理7个方面。

2 分子流行病学实验室管理的关键要素

2.1 组织和管理结构

实验室由管理委员会负责日常管理，设主任、副主任和管理秘书，通常由科室主任担任实验室主任，以确保实验室各项管理措施的落实；设置实验室专职安全管理员，由实验室主任直接领导，负责监督、落实实验室各项安全制度和措施，保障实验室的安全运行。成立了以我军著名流行病学专家徐德忠教授为主席的学术委员会，同时聘请了相关领域权威专家为成员，如北京大学医学部病毒学专家庄辉院士、浙江大学传染病学专家李兰娟院士、中国CDC首席流行病学专家曾光教授等。学术委员会定期督导实验室的运行与发展，为管理委员会提供专业的管理和发展意见。

2.2 运行管理的评估与考核

管理委员会定期组织工作进展汇报、工作成果总结，要求每一个人都走上“讲台”，面对全体工作人员汇报自己近期的工作、掌握的技术、课题的进展、遇到的问题。由管理委员会公开公正地考核汇报人员的工作绩效，并对下一步工作计划制订提出指导意见，引导关键问题的解决。管理委员会每年将实验室运行管理的考核结果、科技成果汇总，报送实验室学术委员会和主管部门审核，并将审核意见和建议作为下一年度的工作任务纳入工作计划。

2.3 对外合作与联系

充分发挥实验室在科研项目、实验条件和解决国家重大需求等方面的优势，根据研究方向并依托项目设置开放基金和课题，吸引国内外优秀科技人才，积极开展国际和国内合作与学术交流。近两年共举办高端国际学术交流会3场，邀请国内外知名专家教授交流访问十余次。

同时，实验室注重区域性科研技术合作，分别与甘肃省武威市政府、武威市疾控中心、陕西省疾控中心、西安市疾控中心、陕西省大荔县政府、敦煌市疾控中心签订了战略合作框架协议，为拓展分子流行病学实验室研究领域、加强领域内横向合作奠定了基础。

2.4 人员管理

现代流行病学实验室的功能划分决定了其复杂的人员组成结构，既包括本实验室学术专家、管理人员、技术支持人员、维护保障人员等实验室常驻人员，又包括课题研究人员、进修生、研究生、外来访问交流人员等短期驻留人员。实验室根据人员类别，设置不同的进入许可、设备仪器使用权限、实验生物安全许可、流行病学资料（数据）访问许可以及实验室信息系统账户访问权限。

所有人员均拥有独立的信息系统账户，用于在职或在研期间科研资料、个人研究成果的管理，实现了以电子化方式记录科研过程、以数据库方式储存和管理科研成果的目标。这种管理模式不但弥补了纸质资料记录不易、耗时过长、查询不便的缺陷，还将人员管理与科研过程管理直接挂钩，便于公正、公平地统计绩效、评估人员能力，为实验室人员管理奠定了信息化的数据基础。

2.5 设备设施管理

设备设施管理是实验室重要的资产管理项目，也是实验室保障教、学、研任务顺利进行的资源前提。分子流行病学实验室设备设施具有其学科特点，高端设备（分析设备、精密设备）密集、环境设施（通风系统、空气净化系统等）覆盖全面，需专人进行技术支持、定期维护和校正。在实验室管理实践中，设备设施良好率和故障率是评价管理水平的重要指标。运行数据显示，80%以上的设备设施故障均由人为因素造成，灾难、意外（断电、漏水）或设备本身问题导致的故障仅占两成左右。人为操作不当为设备设施故障的主要因素，其次为维护不当或维护不及时。实验室配备有专职设备管理员，负责实验室设备设施的维护和使用培训工作。但是从实际运行来看，对于科研、实验经验有限的研究生、进修生，短期技术培训并不能杜绝或有效减少类似事故的发生，必须采用规范化的科研流程、公示主要操作步骤、警示关键危险操作及安全责任、预约复杂实验的技术辅助并控制独立实验频次，才能有效降低设备设施的故障率。

2.6 业务流程管理

实验室承担的业务包括：教学任务、科研任务、军事任务、应急任务。实验室采用信息化管理模式，将教学任务、科研任务规范为固定的工作流程，降低了任务执行过程中的差错率，缩短了任务完成的时间。对于复杂的团队协作任务，通过信息化管理可以明确每一位成员的职责和分工，任务进展全过程透明可控，在遇到困难或障碍时便于协调工作，任务完成时每位成员绩效一目了然，便于实验室管理者实施有效的绩效激励。

2.7 生物标本管理

实验室目前常规超低温存储30万份血清标本和5万份细胞组织样本，采用青岛海尔自主研发的生物标本库管理软件及冷链报警系统，电子化管理生物样本库的样本出库申请、入库登记、查询登记、取用登记、标本状态预警、样本报废等流程。电子化管理过程中涉及的统计指标包括温度、湿度、样本量、取用量、标本状态抽查异常比率等，作为生物标本库质量管理的预警指标，设定波动范围，并根据波动情况采用不同的保障措施或应急预案。

2.8 安全管理

分子流行病学实验室是安全管理的重点场所，安全管理内容主要分为生物安全、意外伤害安全、化学品安全、消防安全四大类。

生物安全保障是分子流行病学实验室的首要任务。由于实验样本大多含有传染病病原体，实验室按照国务院颁布的《病原微生物实验室生物安全管理条例》和国家标准GB19489-2008《实验室生物安全通用要求》为基准，制订了《实验室生物安全手册》，并定期组织学习、研讨应急处置预案，根据在研课题或项目特点，对实验室使用人员发布有针对性的生物安全警示。

对于污染区，实验室采用预约登记使用流程，由课题或科研负责人提出实验申请并承担生物安全责任，由实验室专职安全管理员负责在实验期间对生物安全条件（负压、污染控制、设备状态、垃圾处理）进行监控，并由实验室专职实验师进行实验技术辅助，确保实验在安全条件下顺利进行。

实验室严格控制病原微生物菌种、病毒株、样本的接收，所有菌种、毒株均做到分类备案登记，制订相关安全管理制度，保存场所严格与普通样本空间隔离，保存冰箱或液氮罐设置双锁，由菌种保管员和生物安全员分别管理钥匙。对于复苏失败的菌种、毒株及其实验相关废弃物，由生物安全员负责统一装入废弃物专用高压灭菌锅，高压灭菌处理后按感染性废物处理。

在分子流行病学实验室，意外事故伤害主要来自于危险设备操作，如高速离心机、超低温设备、加热装置、气体压力装置等。除制订特殊设备简易标准化操作流程（SOP）外，还在设备明显位置张贴危险警示标识、标签，标明紧急联系人电话。操作危险设备前，要求进行操作登记，登记栏在醒目位置提示使用者阅读设备使用注意事项、危险类型及应急预案。