世紀之疫──2019新型冠狀病毒風暴

研究接棒防疫

武漢肺炎病毒株分離後:抗SARS老將坐鎮,中研院P3實驗室全面備戰

台大團隊已分離出新型冠狀病毒的病毒株,後續研究,需得在P3實驗室進行。圖為2013年位在德國波恩大學的P3實驗室。(攝影/REUTERS/Wolfgang Rattay/達志影像)

「高傳染、低致死、流感化!」為安撫國人因COVID-19(又稱武漢肺炎,或新冠肺炎)疫情擴大,持續非理性搶購口罩、衛生紙等民生物資的恐慌,「院士級」副總統陳建仁連連在Facebook發文衛教,以流病專家身分,為這支引發武漢肺炎的新病毒下了註解。

高傳染,代表社區感染恐難以避免,要緩解疑似病例爆增形成就醫及負壓隔離病房被塞爆的壓力,快速篩檢試劑必須儘快研發;而低致死和流感化,則代表需靠藥物或疫苗研發長期對抗。試劑、藥物、疫苗的解方,全繫在「病毒」身上,台大副校長張上淳2月8日宣布:「我們分離出病毒株了!」國內各研究單位的P3實驗室加緊備戰,排隊等待這支病毒「分發」。

病毒是子彈,準確擊發,可迅速讓研究迸發能量。但病毒子彈一上膛,也要防範實驗室「擦槍走火」。

2月10日中午,中研院基因體研究中心一場院內的科普演講,對象針對所有實驗室成員,講題為「P3實驗室介紹」。可容納110多人的會議廳,坐到7、8成滿,各國籍的研究員都豎直耳朵,專注聆聽。

因應席捲全球的新型冠狀病毒,中研院院長廖俊智在年假期間召開緊急跨中心會議,召集生醫所、生化所、基因體中心等單位,組織「新型冠狀病毒」群組,讓各種病毒、藥物、疫苗等研究全面動起來。但在這些研究最前線的,是實驗室人員,面對新型冠狀病毒「活的」致病原將到來,實驗室動線、規範、保護,院方得先讓各實驗室人員放心。

17年前在實驗室染SARS,17年後他二度和新型冠狀病毒交手

當天主講者,是基因體中心的研究技師詹家琮。

17年前,他是媒體報導中的「詹中校」,在實驗室操作不慎感染SARS,是台灣「最後一位SARS確定病例」。17年來,詹家琮帶著染SARS留下的慢性阻塞性肺病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)後遺症,一直守在高感染病原的實驗室裡,當病毒研究的開路先鋒。他極可能是台灣在本世紀二度和百年大疫──SARS和 COVID-19 ,都留下「親密接觸」交手紀錄的研究人員。

為P3實驗室的操作及規範介紹,沒有人,比他的專業經驗值更高;也沒有人,比他的體悟更深刻。

【什麼是P3實驗室?】
  • 實驗室對應的生物安全等級為「第三級」,可操作病原體為「影響人體健康嚴重或可能致死,且有預防及治療可能者」。
  • 嚴格人員管制,具備操作資格者才能進入。
  • 病毒樣本及廢棄物運送遵循固定、獨立動線,避免與一般人員接觸。
  • 實驗室內部依照監控、換裝、操作、淋浴消毒等不同功能劃分空間。
  • 需兩人團體作業,一人在控制室透過監視器留意另一人狀況。
  • 雙門入口,一次只能開啟一側,避免病毒傳播。
  • 備有消毒淋浴間,操作者有暴露之虞時可使用。

「那次(染SARS)之後,我住在醫院時曾想,這輩子絕對不要再做這個(高感染性病毒實驗)!」

當年,詹家琮是軍職,服務於台灣最神祕、也是唯一一個國防醫學院預防醫學研究所的「P4實驗室」。他提及,「國軍對我滿好的,我(民國) 93年1月出院後、95年退伍,因為後來我已經升到上校了,再做會擋到下面的學弟們升遷,所以我選擇退下(役)。原本想追求人生第二春,也找好了其他學校,但是翁院長(翁啟惠)那時成立了基因體中心、他是主任,說這邊(中研院)做好一間P3實驗室,希望我過來;翁院長在SARS時候對我們很照顧,院長這樣講,我就又過來了。」

退役多年的詹家琮,耿直的說話風格,仍有軍人的氣息;一頭華髮,則召示他在實驗室裡投注的心力與歲月。染SARS前,他即參與篩檢出魚腥草可殺SARS病毒的研究,在病毒的藥物篩檢留下許多成績;日前中研院基因體研究中心研究員馬徹及翁啟惠團隊公布成功開發「單醣流感疫苗」,也有他的貢獻。近年H1N1禽流感、腸病毒71型等國內重大高感染性的病原體,他都親手「碰過」。

詹家琮全程以英文與現場各國籍的實驗室的人員介紹P3實驗室:「中研院P3等級的實驗室小而精緻,也是國內少數可以同時做生物安全第三級BSL-3(Biosafety Level 3)和動物生物安全第三級ABSL-3 (Animal Biosafety Level 3)操作的實驗室,還附有除汙的淋浴間。」

中研院共有2座P3實驗室,除了基因體中心、還有一個在生醫所。原本都同時通過台灣疾管署、美國及WHO認證,基因體中心日前向疾管署申請動物生物安全第三級ABSL-3 還未通過,就遇上新型冠狀病毒疫情,現在疾管署忙翻天,派不出人力查驗,中研 院應而暫停動物部分,只做細胞。

基因體中心的P3實驗室位在最高樓層,多數實驗人員並不會進入、也不會接觸。這場演講,是為了讓其他實驗室的人員對院方規畫、動線可以安心。

與會的基因體中心主任洪上程一旁補充,「我們最擔心的就是不必要的恐慌。」他擔心若研究人員不知情而臆測,反而引發誤會,「公開透明是更好的做法,讓大家知道這個(COVID-19)病毒來中研院,但是只在很少人會進出的P3實驗室裡,」他強調,P3裡面是很小心地在做,消毒、動線,都做了規畫和安排,「P3實驗室裡一定要有兩個人同時操作、其中一位在外看監視器,確保沒有操作步驟上的錯誤。」

詹家琮表示,P3實驗室動線也有獨立的貨梯進出,出入P3實驗室會有雙層門的防護、且兩道門絕對不會同時開啟;更當場秀出未來將到疾管署拿病毒的試管防護層,一總共有3層「包裝」,再三強調十分安全、不會外洩。

解開當年感染被曲解的真相

詹家琮談起操作高感染病原的P3實驗室,自信篤定。那麼,17年前實驗室的SARS感染,又是在哪個環節上出錯?

當年衛生署疾管局
現改制為疾病管制署。
的專案調查小組報告指稱,預醫所的P4實驗室裡,主要的設備包括生物安全操作箱、運輸艙、高壓滅菌鍋,實驗人員把將病原物送進完全密封的生物安全箱裡操作,將做完實驗的廢棄物送入滅菌鍋。詹家琮是事後清理運輸箱裡的實驗廢棄物,沒法透過生物安全箱的操作手套搆到汙染處,於是打開運輸艙門,先噴酒精消毒,等了10分鐘之後,才動手清理,不知哪個環節感染到SARS病毒。被認為是實驗室操作不當。

事發後,預醫所的P4實驗室和國內少數的P3實驗室都暫時關閉,重新檢驗,疾管署近年也不斷修定更詳盡的各級實驗室管理規範。依據病原微生物對個人及社區危害程度之不同,實驗室分為P1到P4四種不同安全等級,「P」 為"Physical containment level"(物理收容等級)之意,其中P1實驗室適用於處理對個人及社區具低度危害性之微生物;P2實驗室適用於處理對個人具有中度危害性,而對社區之危害有限之微生物;P3實驗室適用於對個人具有高度危害性,而對社區具有中度危害性之微生物;P4實驗室則適用於處理對個人及社區同樣具有高度危害性之微生物。

擔任疾管署署長時訂定各級實驗室規範的三總感染科醫師張峰義指出,P3實驗室管理是「重中之重」,現在管理規範的嚴格無庸置疑,主管機關每年還會查核,其中規範很詳盡,「包括動物試驗流程,如何處理等等,都很具體;實驗室裡要接觸的是高風險的病原和病毒,但照著SOP來,就很安全。」

沉默了17年,詹家琮首次針對這次實驗室意外發表個人的說法。他認為,當年見諸媒體的訊息不是很正確,疾管署後來對於預防實驗室感染或錯誤改善的方向,變得不是該次問題發生真正的重點。最根本的問題是,「殺雞不必用牛刀!」他指出,「當時預醫所只有P4實驗室、沒有P3實驗室,但像SARS或這次COVID-19的研究,只要在P3實驗室裡操作即可。」

常理認知上,總以為安全等級愈高的實驗室,可以操作的病原體危險性愈高,設備理應不是會有更多保護?

詹家琮解釋,P4實驗室人員是在密閉的生物隔離箱儀器裡操作實驗,「P4實驗室廠商有一張很傳神的漫畫,就是一個人,手套伸進(生物安全箱)箱子裡面操作,可是腳下面還有雞、鴨在那邊跑。P4實驗室就是你穿太空衣進去,操作的隔離箱是完全密閉的,所以外面再怎麼髒都沒關係。那種實驗室完全倚賴生物隔離箱的儀器,但如果儀器出現問題,你要去拿口罩、手套做一些其他防護裝備,把儀器打開,卻會發現旁邊什麼都沒有,這就是一個大問題。」

「就像你開車,如果繫了安全帶後,再戴上安全帽、綁上綁腿、穿戴護具,看來防護更多,但真的更安全嗎?如果有一個很基本的小地方出狀況,那時候你就不知道該怎麼辦了?」他以此為例說明,若P3實驗室可以進行的實驗,在P4實驗室裡操作會更不方便。

當年因為新加坡舉辦SARS防治會議,「我們院長要去新加坡參加會議,他跟我說『你一定要來』,臨時把我加進去在會議上做一個報告。那天實驗做到很晚,我要趕快把那個實驗室收起來,就有點急了,沒有再去拿其他的防護裝備,就現有防護裝備用好去做⋯⋯」詹家琮認為,真正問題是在於,當年台灣沒有很好的P3實驗室。

SARS期間,在台灣少數P3實驗室參與病毒研究的台大兒童感染科主任黃立民,同意詹家琮的看法,「確實SARS只需要在P3實驗室裡做,進入P4做實驗,反而礙手礙腳,」他解釋,實驗室防護和配置和裝備,是針對各病原的特性,「P4的密閉操作箱,是針對空氣傳染的天花、伊波拉這類病毒的特性去設計。」

「從SARS之後,在翁院長的領導下,全國才開始蓋了很多P3,現在預醫所也有一個很好的P3實驗室了,」詹家琮說。

17年前染煞後,詹家琮嚐盡冷暖。曾經差點連家都回不了,與他相熟的預醫所同事透露,他連升上校時都未出席,心裡還是有點抑鬱。但家人、同袍的溫暖以及中研院的支持,讓他至今仍堅持在戰場上,一邊留在實驗室裡和不斷湧現的新興傳染性病原奮鬥,另一方面,也和自己治療留下的肺損抗戰,甚至因而鑽研中醫藥。

「我記得那時候剛出院的時候,在預醫所做報告的時候,講話時手、腳都會不自主會抖,人的臉也因服類固醇變得胖胖的,」後來他還去廣州中醫藥大學尋求呼吸道急診名醫學習,在那裡取得中醫師執照,但並未在台灣考中醫執照,「會學中醫,主要是因為自己有肺部疾病的問題,而目前實驗室工作中,也有許多藥物篩檢計畫,也有幫助,」他說。

P3實驗室安全關鍵,研究設計要簡單

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科學家在P3實驗室裡進行實驗。中研院基因體研究中心研究技師詹家琮認為,在P3裡面,實驗設計要愈簡單愈好。(攝影/REUTERS/Wolfgang Rattay/達志影像)

什麼是P3實驗室中最重要的?「很多手冊或疾管署的規範,會強調實驗室裡的環境壓力,其實是人員,人員實作訓練,才是最關鍵的事,」詹家琮說。

他反覆強調,實驗室裡看起來有很多先進的儀器設備,但「不要被那些儀器設備很先進或很方便給迷惑,其實很單純,比方說我們看那個細胞的病變,顯微鏡觀察是最方便的。」

這是詹家琮切身的經驗談。SARS時,他就碰到時間和實驗繁複程度,兩者同時升壓的狀態,「開始的時候,我們都做得很順;做到中期以後,我去參加檢討會議的時候,每一個老師都提出來是說,『你們最近篩選藥物、或測試速度愈來愈慢了,我們已經2個星期了怎麼還沒有結果?』壓力全部都來了,」然後要做詳細的酵素分析、螢光染色,這些操作步驟複雜的研究,會要用到一些福馬林等,就增加困難度,「尤其像以前在P4實驗室裡,戴著厚的手套操作,問題很大。」

「在P3裡面,實驗絕對不要做很複雜的,愈簡單愈好;操作一旦繁複,你在實驗室裡面的時間會很多。如果研究非要複雜化,那麼負責人那段時間工作負荷量,就一定要少,」詹家琮指出。

訓練人員,實作比上課更重要

目前台灣通過疾管署認證的P3實驗室包括:官部門的疾管署昆陽實驗室、食藥署、農委會,研究機構的中研院、國衛院,教育單位及醫事機構的台大、長庚、中國醫藥大學附醫、成大、高醫、三總、高榮等12間。動物的P3實驗室則只有預醫所、家畜試驗所和國衛院3個。 P4實驗室仍僅有預醫所,隸屬軍方。

目前除了中研院之外,國衛院、台大等都已表明要進行新型冠狀病毒相關研究。而要操作這個病毒研究,疾管署也訂出「高防護實驗室之新進人員實驗室生物安全訓練課程」,必須完成13項主題、至少15小時的課程,並通過測試合格,才能進行相關操作。

但詹家琮認為,要進入P3實驗室的人員,「實作比上課更重要。」研究人員一定要在實驗室裡面實際做,練習到很熟悉、熟練到可以在實驗室裡的動線閉著眼睛都可以走來走去,對每個儀器設備如何開啟、關閉,都能知道差別點在哪裡,這個上課可能教不出來,就是需要實作。

目前面對的壓力是,具有P3實驗室資格的人力不足──中研院的P3實驗室正式編制僅4人,必須考量工時和輪替,眼前新型冠狀病毒研究量將迸發,也積極訓練其他實驗室人員,讓實驗室工時合理。「台大能進入P3的,也不出5、6人;短期內需要做的實驗,可能沒有那麼多,但實驗室人力確實是一個問題,」黃立民指出。

急迫事件引爆,實驗室人才不及培訓

台灣面臨問題在於,突發緊急事件的時候才開始想到「培訓實驗室人力」。「因為這種高危險性的致病原,平常研究人員要做的機會不多。研究應該是要長期延續下去,你看SARS,後來沒有了,病毒株也被疾管署收回去了,大家就不做了嘛;如果持續做下去,從SARS後一直進行,也許我們現在應該已經有藥啊,結果現在什麼都沒有。但是疾管署跟國家並沒有一個這樣的計畫提出來讓大家申請,這是一個大問題,」 詹家琮感嘆。

詹家琮認為, COVID-19致命性不高、但可能影響性更大,更需要投入長期的研究,「像禽流感或腸病毒71型,致死率都比較高,這個(COVID-19)致死率比較低,但是我們不知道他的人傳人或空氣傳播比率有多高?我們看傳染病的問題不能只看死亡率跟傳播力,還應該看對整個國家、對世界的影響,這才重要。雖然它(COVID-19)的死亡率比較低,但是它造成的恐慌,跟對各國經濟的影響很大,比SARS還大。」

同樣在等待疾管署的病毒株,期待展開一連串研究工作的國衛院,部分疫苗研究和生技公司技術合作,董事長林奏延指出,「疫苗若要進展到檢測期,也需要進P3實驗室,疫苗廠必須有P3實驗室訓練的人才。」

他也認為,基礎研究能量不足,必須正視和自省。他呼應清華大學生命科學院教授李家維發起的「台灣科學家串連行動」,面對新型冠狀病毒後續研究,現在每個單位都要用病毒株、都在做實驗和研究,確實需要一個科學合作平台整合,讓資源和能量集中,「像疾管署現在每天忙著疫調和疫情說明,翻天覆地;病毒使用和研究整合工作,我也期許國衛院能發揮補強功能,像檢體搜集、分配等,在疫情出現第一時間就要同步啟動。而且研究要持續下去,實驗室人才培力是平常就要做好準備,下一次疫情突襲,才能立刻接續下去。」

累積能量,不要每次疫情爆發都重來

「在SARS時期,我們發表的論文數不多,中國也不多;那時表現最好的是香港,扎下了很強的臨床病毒根基、也打響名號,」林奏延指出,這次 COVID-19在中國如此失控,當然和他們的體制有最大關係,但同時間,我們也不能否認,「中國近年在基因序列的能力,確實屬一屬二,在疫情嚴峻的時刻,幾乎每二、三天都能在頂級期刊《自然》(Nature)、《新英格蘭醫學期刊》(The New England Journal of Medicine)、《刺胳針》(The Lancet)產出重要的論文,這些權威的期刊也在重大緊急公衛事件時,免費開放全球人員下載,這讓其他國家人對這次新病毒和疫情的了解,十分重要,」林奏延坦言。

詹家琮在預醫所時,曾被派至為台灣建置P4實驗室的法國受訓。「不過,那時我們受訓大概就只有半個月或一個月,但中國去受訓就是時間很長期,比方說一年,這是中國比較優勢的部分。」

黃立民直指,「我們新興傳染病防治體系的能量只建了責任醫院這一塊,沒有完全建置好,實驗和研究的資源和規畫不足;即便責任醫院這一塊,物資儲備都有問題。」張峰義也指出,「沒事就沒資源、有事才會變得重要,現在有檢測需求或研究需求,實驗室量能增加,但等到急性疫情過去了,一切可能又會回到平常狀態。」

「17年前我44歲,今年我61歲了。」肺部傷害沒有完全能復元,詹家琮繼續在P3實驗室裡,二度迎接這個高感染的世紀病毒COVID-19,說明了實驗室操作若能確實做好規範及扎實訓練,高感染的病原並不可怕;令人無助的是,面對一次又一次來襲的新興病毒,能不能真正面對問題做修正、有沒有持續讓計畫和研究延續,而不是每一回,都重頭來過。

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