4 cấp độ an toàn sinh học trong phòng thí nghiệm và công việc của các nhà khoa học bên trong đó

Trong suốt chiều dài lịch sử nhân loại, chúng ta hiện chỉ mới biết đến khoảng 1.400 mầm bệnh có thể lây nhiễm trên người. Đó là đã tính đến tất cả các loài virus, vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh và giun sán mà y học hiện đại đã xét nghiệm ra được cộng lại.

Nhưng bên trong một thế giới có hàng nghìn tỷ loài vi sinh vật, con số 1.400 này chỉ tương ứng với 1/1000 của 1% tổng số các mầm bệnh tiềm năng có thể lây nhiễm chúng ta trong tương lai.

Đó là lý do nhiều quốc gia phải xây dựng các phòng thí nghiệm sinh học, để tiếp tục phát hiện các mầm bệnh mới có khả năng lây nhiễm sang người. Công việc được thực hiện bởi trong các phòng thí nghiệm này cũng là để chuẩn bị trước cho những kịch bản xấu trong tương lai nếu điều đó thực sự xảy ra.

Nhưng trong bối cảnh của đại dịch COVID-19, giả thuyết về virus SARS-CoV-2 bị rò rỉ từ phòng thí nghiệm sinh học đã làm dấy lên một lo ngại: Các nghiên cứu này đang được thực hiện như thế nào? Và chúng có đủ an toàn hay không?

Jerry Malayer, một giáo sư tại Đại học Bang Oklahoma đang trực tiếp nghiên cứu virus SARS-CoV-2 sẽ cho bạn biết câu trả lời.

Phòng thí nghiệm sinh học dùng để làm gì?

Tại Đại học Bang Oklahoma, nhóm của giáo sư Malayer đang là 1 trong 10 nhóm nghiên cứu mầm bệnh sử dụng tới phòng thí nghiệm an toàn sinh học. Họ đang xác định các biến thể di truyền của virus và vi khuẩn, nghiên cứu cách chúng hoạt động trong nhiều loại tế bào của vật chủ.

Một số đang cố tìm hiểu cách hệ thống miễn dịch của vật chủ phản ứng với những kẻ xâm lược này. Và cả cách quá trình ấy bị ảnh hưởng bởi những bệnh nền như béo phì, tiểu đường hoặc do bản thân bệnh nhân tuổi tác đã cao. Một số nghiên cứu khác sẽ tập trung vào việc phát hiện và loại bỏ mầm bệnh.

Tất cả các nghiên cứu này đều nhằm để hiểu cách các mầm bệnh có khả năng gây hại cho con người chúng ta. Và điều này còn quan trọng đối với cả ngành y học thú y, cũng như sức khỏe của động vật có vú, chim, cá, thực vật, côn trùng và các loài sinh vật khác trên toàn cầu.

Hãy nghĩ về những thành tựu nghiên cứu mà các nhà khoa học đã đạt được trong thế kỷ qua. Chúng ta đã có khả năng ngăn ngừa và điều trị nhiều căn bệnh dựa trên những hiểu biết về loài vi sinh vật đã gây ra chúng, nguồn gốc của các loài vi sinh vật này đến từ đâu, vị trí của nó trong môi trường và cách nó vượt qua khả năng miễn dịch của con người.

Hiểu được những gì các sinh vật này làm, cách chúng làm và cách chúng lây lan giúp các nhà nghiên cứu phát triển các biện pháp để phát hiện, giảm thiểu và kiểm soát sự lan rộng của chúng. Mục đích là có thể chữa khỏi hoặc ngăn ngừa căn bệnh do chúng gây ra. Các mầm bệnh càng nguy hiểm, các nhà khoa học càng cần khẩn trương tìm hiểu nó.

Đây là nơi chúng ta cần đến các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sinh học.

Bên trong phòng thí nghiệm sinh học, các nhà khoa học đang trả lời những câu hỏi hết sức cơ bản về cách thức một mầm bệnh vận hành. Nó sử dụng cơ chế gì để xâm nhập vào tế bào chủ và sao chép? Nó kích hoạt những gen nào, để tạo ra những protein nào? Những thông tin này có thể được sử dụng để xác định các chiến lược loại bỏ mầm bệnh hoặc dẫn đến các phương pháp điều trị hoặc vắc-xin.

Trong bối cảnh chúng ta ngày càng phải đối mặt với nhiều mầm bệnh, các phòng thí nghiệm sinh học càng có nhiều cơ hội áp dụng những kiến thức này. Ví dụ như với COVID-19, các nhà khoa học đã biết chúng sử dụng một cỗ máy di truyền RNA để tạo ra các protein gai, chuyên lây nhiễm tế bào phổi qua thụ thể ACE2. Kiến thức này sau đó đã được dùng để tạo ra các loại vắc-xin COVID-19 như chúng ta có ngày nay.

Trong thế giới hiện đại, các mầm bệnh mới có thể sinh ra khi hệ sinh thái thay đổi hoặc khi chúng di chuyển đến các khu vực khác nhau trên thế giới. Đôi khi mầm bệnh thích nghi với một vectơ mới - có nghĩa là nó có thể được mang bởi một sinh vật khác - cho phép nó lây lan sang các khu vực mới và lây nhiễm các quần thể mới.

Khoảng 70% các bệnh truyền nhiễm mới nổi trên thế giới lây truyền từ động vật sang người; chúng được gọi là các bệnh "zoonotic". Công việc mà các nhà khoa học làm trong các phòng thí nghiệm sinh học là tìm ra cách thức hoạt động của những con đường lây truyền mới này, để có khả năng dự đoán điều gì có thể xảy ra trong tương lai, dù chỉ là một dự đoán khiêm tốn nhất có thể.

Các phòng thí nghiệm sinh học phục vụ chính sự sinh tồn của loài người, nơi chúng ta bắt buộc phải nghiên cứu và hiểu rõ từng mầm bệnh, hoặc các vi sinh vật có nguy cơ trở thành mầm bệnh ngay khi chúng được phát hiện.

4 cấp độ phòng thí nghiệm an toàn sinh học

Khi nói đến chuyện nghiên cứu vi sinh vật có khả năng trở thành mầm bệnh, sẽ không có cái gọi là rủi ro bằng không. Nhưng trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã phát triển các quy trình an toàn để làm việc với các mầm bệnh nguy hiểm.

Trong phòng thí nghiệm sinh học, mỗi nghiên cứu đều phải được lên kế hoạch trước và ghi lại nhật ký trong quá trình tiến hành. Nhà khoa học cần viết lại những gì họ định thực hiện hoặc đang thực hiện. Họ thực hiện điều đó như thế nào? Ở đâu và những người nào tham gia?

Các mô tả này sẽ được nhiều ủy ban độc lập xem xét để đảm bảo tính an toàn. Tại Mỹ, sẽ có sự theo dõi độc lập của các chuyên gia được đào tạo trong tổ chức và, trong một số trường hợp, bởi Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, hoặc cả hai, để đảm bảo các nhà nghiên cứu đang tuân thủ các quy trình và quy định đã được phê duyệt.

Những người làm việc với các mầm bệnh nguy hiểm phải tuân thủ hai bộ nguyên tắc:

Bộ nguyên tắc đầu tiên là về an toàn sinh học, giúp ngăn chặn mầm bệnh rò rỉ. Nó bao gồm tất cả các biện pháp kiểm soát kỹ thuật để giữ an toàn cho các nhà khoa học và môi trường xung quanh họ.

Ví dụ như: không gian làm việc kín, thông gió được đảm bảo trong các tủ an toàn sinh học, luồng không khí lưu thông trong phòng thí nghiệm được định hướng và đi qua bộ lọc không khí HEPA có khả năng làm sạch và ngăn mọi mầm bệnh di chuyển vào và ra khỏi phòng thí nghiệm.

Các nhà khoa học luôn phải tuân thủ các quy trình làm việc khắt khe trong phòng thí nghiệm và mọi người đều mặc trang bị bảo hộ cá nhân bao gồm áo choàng, khẩu trang và găng tay. Đôi khi họ sử dụng tới cả mặt nạ phòng độc đặc biệt.

Ngoài ra, để đảm bảo an toàn hơn nữa, các nhà khoa học thường vô hiệu hóa mầm bệnh mà họ nghiên cứu - về cơ bản là cắt nó ra thành từng mảnh để nó không còn hoạt động được nữa – cho phép các nhà khoa học làm việc với trên từng mảnh một.

Quy trình thay đồ ở phòng thí nghiệm BSL-4

Bộ nguyên tắc thứ hai là về an ninh sinh học, nghĩa là các biện pháp được thiết kế để ngăn ngừa mất mát, trộm cắp, phóng thích hoặc sử dụng các mầm bệnh vào mục đích xấu. Các nguyên tắc này bao gồm biện pháp kiểm soát truy cập, kiểm soát hàng mẫu lưu và các phương pháp được chứng nhận để khử nhiễm và xử lý chất thải.

Cộng đồng nghiên cứu thế giới hiện nay công nhận 4 cấp độ thực hành an toàn sinh học. An toàn sinh học cấp độ 1 (BSL-1) và cấp độ 2 (BSL-2) được áp dụng cho các không gian phòng thí nghiệm chung, nơi có rủi ro thấp hoặc không có rủi ro.

BSL-1 thường được sử dụng để giảng dạy hoặc nghiên cứu các tác nhân sinh học không gây bệnh cho người trưởng thành khỏe mạnh. BSL-2 có thể được sử dụng để nghiên cứu các mầm bệnh có độ nguy hiểm vừa phải, có thuốc điều trị và thường không phải mầm bệnh lây được qua đường hô hấp.

BSL-3 đề cập đến các phòng thí nghiệm nơi có nguy cơ cá nhân cao nhưng nguy cơ cộng đồng thấp. Có nghĩa là mầm bệnh được nghiên cứu trong đó có thể gây bệnh nghiêm trọng cho con người, dễ lây qua đường hô hấp nhưng đã có thuốc chữa hoặc các phương pháp điều trị.

Các phòng thí nghiệm sinh học cấp 4, BSL-4 mới là nơi nghiên cứu tác nhân gây bệnh nguy hiểm nhất cho người, động vật hoặc cả hai mà hiện chưa có phương pháp điều trị hiệu quả. Các phòng thí nghiệm BSL-4 tương đối hiếm, ước tính chỉ có khoảng 50 phòng thí nghiệm lọai này trên thế giới.

Một quy tắc an toàn hàng đầu là các phòng thí nghiệm BSL-4 phải được xây dựng ở các khu vực tách biệt với khu dân cư và có lưu lượng giao thông cực kỳ hạn chế. Nó được xây dựng với ít nhất hai lớp bảo vệ, giống "một cái hộp hoàn toàn kín bên trong một cái hộp khác".

Thông thường BSL-4 sẽ được đặt trong một tòa nhà biệt lập, có thể chia sẻ không gian chung với các phòng thí nghiệm BSL-3 bên cạnh. Nhưng nó phải hoàn toàn tách biệt với các không gian chung đó.

Nếu chúng ta đóng cửa tất cả các phòng thí nghiệm sinh học, điều gì sẽ xảy ra?

Trong những năm gần đây, thế giới đã chứng kiến ​​những đợt bùng phát dịch bệnh nặng do một số vi sinh vật gây ra. Ngay cả đối với các mầm bệnh mà các nhà khoa học đã biết, vẫn còn nhiều điều chúng ta chưa biết về chúng. Và ngoài kia vẫn còn nhiều mối đe dọa mà con người đơn giản là chưa phát hiện ra.

Các phòng thí nghiệm sinh học là địa điểm quan trọng giúp chúng ta tìm hiểu về các mầm bệnh mới. Điều đầu tiên là xác định được chúng, hiểu cách chúng di chuyển từ vật chủ này sang vật chủ khác, cách chúng bị ảnh hưởng bởi nhiều điều kiện xung quanh, những biến thể nào sẽ phát triển theo thời gian, và chúng ta có thể thực hiện được những biện pháp kiểm soát nào thì hiệu quả?

Ngoài các chủng virus nổi tiếng như bệnh dại, virus Tây sông Nile và Ebola, có một số mầm bệnh nguy hiểm cũng đang lưu hành trên thế giới nhưng ít được biết đến. Hantavirus, sốt xuất huyết, virus Zika và virus Nipah đều đang được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm an toàn sinh học, nơi các nhà khoa học đang làm việc để hiểu thêm về cách chúng lây truyền, phát triển các chẩn đoán nhanh và sản xuất vắc-xin cũng như phương pháp điều trị.

Nếu chúng ta đóng cửa tất cả các phòng thí nghiệm sinh học, thế giới sẽ bị đặt vào thế bị động, nhân loại sẽ quay ngược lại hàng trăm năm phát triển để tay không đối mặt với các mầm bệnh nguy hiểm. Do đó, công việc nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm này là cần thiết để xử lý chính đại dịch COVID-19 và chuẩn bị cho các đại dịch tiếp theo nữa có thể xảy ra trong tương lai.