面对世界最致命病原体：BSL4 实验室

埃博拉、天花、鼠疫——一长串高度传染性的致命病原体清单令人不寒而栗，它们潜在的破坏力巨大，因此只能在生物安全等级4 (BSL4) 设施的严格控制下进行研究。这些预防措施使得在 BSL4 实验室中的工作极具挑战性、缓慢且体力消耗巨大，这也是此类研究落后于对低致命性生物体研究的原因之一。

然而，一个澳大利亚研究团队最近取得了一项里程碑式的进展，他们成为首个筛选并编目 BSL4 病原体感染人类细胞时激活的所有基因的团队。他们的重点是鲜为人知但致命的亨德拉病毒，该病毒会导致马匹呼吸道疾病，并可能传播给人类；他们最近在PLoS 病原体上发表了他们的研究结果。

研究人员在微阵列板孔中的细胞内使用了 siRNA——用于沉默单个基因的合成 RNA 小片段——然后将细胞暴露于病毒，并检查亨德拉病毒在何处繁殖以及在何处死亡。澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 的分子生物学家卡梅伦·斯图尔特解释说，孔中病毒很少或没有病毒意味着 siRNA 抑制的基因对病毒复制很重要，他领导了这项工作，CSIRO 是澳大利亚的国家科学机构。

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该方法很简单，但规模巨大，因为有多个孔用于质量控制，并且对大约 20,000 个人类基因中的每一个基因重复了该过程。这在常规实验室中会很困难，但在 BSL4 实验室这种对身体要求极高的环境中却花费了数年时间。

斯图尔特说：“数百种蛋白质参与导致感染，但影响最大的是一种叫做原纤维蛋白的蛋白质。” “如果你降低原纤维蛋白的催化活性，你就可以阻止亨德拉病毒感染。” 他解释说，这令人惊讶，因为“原纤维蛋白位于宿主细胞核仁深处……[在那里它]甲基化核糖体 RNA 分子，然后形成核糖体”，但其全部功能可能尚未完全了解。  

沉默产生原纤维蛋白的基因也阻止了尼帕病毒的复制。尼帕病毒是另一种亨尼帕病毒，是亨德拉病毒的近亲，在从澳大利亚到孟加拉国的区域内的蝙蝠和人类中具有高死亡率。事实上，原纤维蛋白的功能似乎在整个副粘病毒科中是相似的，其中包括麻疹和腮腺炎，因此，或许将原纤维蛋白理解为干预目标并设计正确的治疗方法可能对多种病毒有效。

BSL4 设施

埃博拉、MERS 和 SARS 等致命感染的持续出现，以及 2001 年炭疽杆菌的恐怖主义使用——当时寄给华盛顿特区民选官员和新闻媒体的掺有孢子的信件导致 5 人死亡，17 人患病——让政府领导人意识到需要更多更好的 BSL 能力，此后他们为支持此类设施提供了大量持续的资金。尽管如此，世界上只有几十个实验室获得 BSL4 设施认证；其中一些实验室非常小，仅从事诊断、细胞培养或单一物种动物的研究。

大多数对 BSL4 设施的描述都侧重于物理方面：精密的负压空气过滤系统、进入包含病原体的“热”区的气闸、“太空服”及其自身的供气系统，以及严格的出口净化程序。在某些方面，它与探索极地地区或外太空一样艰巨。

对每天穿着笨重防护服并在受限环境中工作的男士和女士的要求也是如此。

格伦·马什说：“你很快就会学会不要喝咖啡或在感到饥饿时进入实验室，他是澳大利亚 BSL4 实验室内部的大部分体力劳动者。“防护服内的负压气流会很快使你脱水，因此我们尽量每次穿防护服的时间不超过三个小时左右。这非常累人。” 

“没有什么比穿着防护服时流鼻涕更糟糕的了，” NIH 马里兰州德特里克堡综合研究机构副主任丽莎·亨斯利说。“你不能擤鼻涕，所以人们非常有创意地在脖子上围上毛巾，以便他们可以吸干鼻涕。如果你打喷嚏怎么办？你无法清洁你的面罩。” 这就是为什么他们敦促研究人员判断何时“穿上防护服”的原因。

设备故障是另一个挑战。“不止一次，格伦会打电话给我说，‘机器人坏了。我们无法修复它。’ 我们不得不关闭所有设备。设备必须从 BSL4 实验室中移除，并且必须在修复前进行净化处理，” 斯图尔特回忆道。而那些花费两周时间发育的细胞必须被丢弃。这为澳大利亚的多年项目增加了更多时间。

亨斯利说，德特里克堡实验室的设计旨在最大限度地减少其中一些问题。它是世界上最大的 BSL4 实验室之一，也是为数不多的旨在包括使用 CT 扫描和 MRI 对动物进行成像能力的实验室之一。该设备需要大量维护，因此该设施经过巧妙设计，大部分机械设备位于实验室的“冷”部分，在那里采取正常的预防措施就足够了，并且有一个管道从严格控制的实验室“热”部分延伸进来；研究动物被放置在管道中的移动床上进行成像。

研究人员寻求减少在 BSL4 设施中花费时间的另一种方法是构建假型病毒，这是一种人为地结合两种不同病毒的元素的嵌合体，可以在限制较少的条件下进行研究。波士顿大学微生物学家约翰·康纳已经用埃博拉病毒做到了这一点。他说，他将病毒外壳的糖蛋白与水疱性口炎病毒的核心功能基因结合在一起，前者“解锁了病毒进入细胞的途径”，后者对人类的风险很小。 这使他能够在较低级别的 BSL2 设施中工作。康纳说，这种方法可能适用于病毒生命周期的某些阶段，但不适用于其他阶段，并且对假型病毒的实验始终需要使用实际病毒进行确认；有时这两种生物体的行为会有所不同。

BSL4 研究的最终目标不仅仅是产生知识，而是朝着预防和治疗致命疾病的方向前进。斯图尔特说，他的团队的初步工作不仅确定了原纤维蛋白对于可行的副粘病毒复制至关重要——它还表明，人们可以“从细胞中去除原纤维蛋白或阻断其催化活性，并且细胞内仍然可以产生绝大多数细胞蛋白”，这表明它是干预的安全目标。他希望他们能够开发出一种抗病毒药物，该药物将对整个副粘病毒科有效。