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海洋是无数浮游生物的家园，它们支撑着海洋生态系统的功能。但
是，它们的多样化空间格局和潜在驱动因素仍然鲜为人知，无法预测它们
对全球变化的反应。法国巴黎高等师范学院生物研究所的费德里科等研
究人员通过分析“塔拉海洋”项目的分子和成像数据，研究了横跨古菌、细
菌、真核生物和主要病毒分支的浮游生物多样性的纬度梯度和全球预测
因子。研究发现大多数浮游生物群落的多样性越往极地越下降，主要是
由于海洋温度的降低。对未来的预测表明，到 21世纪末海洋表面的严重
变暖可能导致温带和极地地区的大多数浮游生物种群的热带化。这些变
化可能对海洋生态系统的功能和服务产生多种影响，预计在碳封存、渔业
和海洋保护等关键领域将特别显著。
海洋浮游生物多样性
竟与全球变暖有关
《当代生物学》2019.11.18
封面故事
生物前沿
《科学·转化医学》2019.11.20
皮肤利什曼病会导致难以治疗的皮肤溃疡，从而导致进一步的并发
症。卡米拉·法里亚斯·阿莫里姆等研究人员在两组感染巴西利什曼原虫
的患者皮肤活检前，对宿主和寄生虫基因表达进行双 RNA 测序，包括 3
个细胞溶解基因的表达加上 2个队列中的病原体负荷预测治疗反应的预
后特征。这项研究不仅提供了炎症介质介导的 IL-1β产生影响治疗效
果的证据，相关结果还可用来对常规方法无法治愈的患者进行分类，从而
有可能找到替代疗法。
这种皮肤溃疡难治疗
基因测序或能帮忙
主持人：本报记者 陆成宽
此次提档升级，武汉大学A3实验室重点建
设了生命支持系统，将原来直接把外部空气送入
实验人员面罩内的方式，升级为将外部空气的温
湿度调整到合适程度，并过滤掉粉尘颗粒和异味
后送入，并且送气管路更合理、轻便，方便佩戴，
便于研究人员长时间在实验室内开展活动。
此外，将原有的房间净化围护结构升级为
不锈钢焊接的气密性围护结构，进一步加强了
房间的安全性，有效控制污染物外泄，特别是
以气溶胶（即空气）传播的高致病性病原微生
物，此举将有助于今后开展以非人灵长类为主
的感染性动物实验，而非人灵长类动物是开展
疫苗研究必不可少的实验动物。
除了灵敏、在线、实时的控制系统，整个实
验室还配套有特别的“逆逃逸”设备。例如负
压维持设备，实验室里的气压低于外部气压，
空气不会溢出，而且负压是梯度的，在最危险
的地方气压最低，比如关实验动物的笼子，确
保那里的空气绝对出不去。人员进入试验区
要经过多道风淋、缓冲系统等。
为了能在不可抗力情况下仍旧保证安全，
武汉大学 A3 实验室楼高 16 米，地基却深入地
下 12 米，能抗六级地震；实验室的墙壁两面夹
有彩钢板，让灰尘难以“落脚”。
打造生物医学实验的“安全堡垒”
对于健康的人来说，组织会在受伤后迅速自我修复。在愈合的皮肤
伤口中，炎症细胞释放大量的杀菌因子，包括活性氧（ROS），以消除入侵
的病原体。矛盾的是，虽然这些高反应性活性氧具有抵抗感染的能力，但
它们对宿主组织也是有毒的，并可能最终延迟修复。因此，修复组织已进
化出强大的细胞保护“弹性”机制，以保护和容忍这种附带损伤。英国布
里斯托尔大学的海伦·韦弗斯等研究人员使用果蝇体内的延时成像和遗
传操作，研究了组织对创伤应激恢复具有弹性的分子和细胞机制。结果
发现细胞内有个由多种物质组成的动态网络，它既能“保护”组织免受氧
化损伤，又能促进损伤的有效修复。更好地理解这些“弹性”机制，对于开
发与氧化应激相关疾病的治疗干预具有重要的临床意义。
组织损伤后自我修复
只因细胞有保护机制
12月1日，我国首部《疫苗管理法》（全称《中
华人民共和国疫苗管理法》）即将正式实施。新
规聚焦公众普遍关注的疫苗冷链运输、全程追溯
等环节，明确将施行最严格监管。而在疫苗生命
周期的源头，研发试制阶段的关键部位——高级
别生物安全实验室，新规也提出了明确要求。
根据《疫苗管理法》第十一条规定：研制、
生产、检验等过程中应当建立健全生物安全管
理制度，严格控制生物安全风险，加强菌、毒株
等病原微生物的生物安全管理。其中要求对
高致病性病原微生物相关疫苗的研究，必须在
高级别生物安全实验室，也就是在生物安全三
级及以上实验室开展。
生物安全高等级实验室如何迎接新规实
施？科技日报记者日前探访了我国首家高级
别生物安全实验室——武汉大学 ABEL-Ⅲ实
验室（以下简称 A3 实验室），见证新规为生物
安全研究前沿领域带来的变化。
本报记者 张佳星
除了硬件设施上的不断提档升级，武汉大
学A3实验室在设施工况、运行记录、体系文件、
人员专业性等“软件”上也持续探索，走在前列。
近二十年来，在这里进行的每一项科学研
究，大到国家科研专项资金的使用，小到实验
室进出交接记录，每一笔都清楚明白记录在
册，当事人签字归档后存放。一本本精心装订
的纸质台账，一帧帧数据可视化的原始记录，
“软硬兼修”，保障了武汉大学 A3 实验室实现
连续多年零事故运行，为我国后续建设的多家
高等级生物安全实验室提供了宝贵经验。
2018年，武汉大学A3实验室第四次通过国
际最高资质的 AAALAC完全认证（实验动物领
域国际最高、最全面的认证资质）。负责人李红
良教授介绍，武汉大学 A3 实验室已累计完成
1300多只非人灵长类猴的艾滋病、结核等实验，
是我国近十年来最为繁忙的生物安全三级实验
室，也是全球开展感染性猴动物实验最多的地
方；被国家卫计委指定作为我国履行国际生物
安全公约《关于禁止发展、生产、储存细菌（生
物）与病毒武器及销毁此种武器的公约》实验室
报备联合国，被科学技术部列为国家战略储备
资源；2003年 SARS期间开展了疫苗研发工作，
2008年北京奥运期间被指定为奥运“百日”生物
安全应急检测实验室，2012年被国家卫计委指
定为国家防控 MERS应急储备实验室；为国家
传染病重大专项、科技部支撑计划、国家基础研
究重点项目 973 项目等国家和省部级 137 个传
染病相关项目的完成提供了坚强保障。
“我们既面临着新发传染病的威胁，还面临
着老传染病‘死灰复燃’的威胁，对病原微生物
的研究丝毫不能松懈，作为基础保障设施，我们
有义务为更重大的研究任务和感染性事件提供
‘零风险’服务。”李红良说。武汉大学 A3实验
室已经经过近三年时间的维修，对设备设施和
管理的要求更高，将持续为国家高致病性病原
的防治、疫苗的研发提供支撑，在进行常规化、
规范化、与国际标准接轨的技术服务的同时，积
极进行科技创新，为生命科学的研究提供创新
性技术服务。
服务生命科学发展，续写零事故历史
走进武汉大学A3实验室，第一道程序就是
换装安全防护服。在工作人员的协助下，记者
戴上口罩、目镜，穿上制服然后在密闭的风淋室
消毒数十秒。这样做的目的是为了避免进入实
验室的人（或物）把细菌带入造成污染。而整个
500平方米的实验室在实验期间也一直处于负
压状态，室内空气必须经过安全处理才能流通，
从而把研究对象——病毒“困住”。
武汉大学A3实验室建成于2003年8月，而我
国直到一年以后的2004年才开始施行实验室认可
制度。在经过中国实验室国家认可委员会1年多
严格评审后，2005年武汉大学“生物安全三级动物
实验室”成为我国首家高级别生物安全实验室。
这里至今仍保留着当时颁发的编号为
“001”的认可证书。时任实验室主任的武汉大
学医学院孙理华教授回忆，生物安全等级三、
四级的实验室研究的是高度危险的病毒，传染
性强且没有疫苗。为了保证病毒研究人员的
安全，也为了保证病毒被“困住”，连空气里的
微生物都不能随便跑出去，十多年前的武汉大
学 A3 实验室，其防护设备和措施就已经达到
四级实验室的级别。
研究人员对安全制度的执行也严格到近
乎苛刻，所谓“亡羊补牢，未为晚矣”也是绝不
允许的。孙理华至今仍记忆犹新，2003 年 11
月 18 日下午 4 点，一只已经携带 SARS 病毒的
实验猴子试图打开笼子外面的有机玻璃窗，监
控人员第一时间发现异动并迅速通知实验室
SARS病毒疫苗从这里迈向临床
《细胞》2019.11.14
（本版图片除标注外来源于网络）
新闻热线：010—58884063E-mail：[email protected]
■责编 聂翠蓉 2019年 11月 27日 星期三8 生物科技 SHENG WU KE JI
2019 年全国共产生近百亿吨生活污水和工
业废水，高浓、高毒、高混杂以及低温、低碳的“三
高两低”废水处理已成为共性难题。
科技日报记者从近日举行的 2018 年度重庆
市科学技术奖励大会上获悉，经过十几年筛选培
育，重庆理工大学化学化工学院赵天涛团队得到
多株全好氧微生物菌剂，成功研发了新型生物处
理技术，让“三高两低”废水有了更好的解决策略。
高浓高毒污水需更强生物处理法
生活污水、工业废水达标排放关乎国计民
生，是热点也是难点。
“处理污水的方法很多，一般可归纳为三大
类，即物理处理法、化学处理法和生物处理法。”赵
天涛教授介绍，物理法是通过过滤、沉淀等方法实
现污染物分离，化学法是通过氧化、还原等化学反
应实现污染物去除，而生物法主要通过微生物代
谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态
的有机污染物，转化为稳定、无害的物质。形象地
说，就是让微生物吃掉水里的污染物。
在生活污水和工业废水处理中，都会用到微
生物技术，这种绿色、天然的方法对于污水处理有
效而环保。不过传统生物处理技术存在耐受性、生
物活性和降解效能不足等瓶颈，无法解决“三高二
低”等废水处理共性难题。
“如现在畜禽养殖行业在集约化、规模化、
现代化方面快速发展，但是畜禽养殖废弃物处
理却是一大难题。”赵天涛说，养猪场废水有机
物浓度高、悬浮物多、色度深，因含有大量动物
的粪尿而使废水氨氮浓度很高，这些废水气味
难闻污染环境。
为筛选菌种深入到垃圾填埋场、养猪场和青藏高原
在重庆理工大学“重庆市化工过程减排与污
染控制工程技术研究中心”实验室内，模拟不同
情境排出的生活污水、工业废水注入各自装有极
端环境微生物菌剂的实验反应器里，器皿里污浊
的水泛起层层气泡，经过一系列反应后排出较为
清澈的水。
赵天涛小心翼翼地打开微生物培育箱，只
见里面放置的培养皿排列有序，他说：“这是我
们经过十几年辛苦筛选、培育出的极端环境微
生物菌剂。”
为了找出能解决“三高两低”废水的极端环
境微生物，赵天涛从 2007 年开始就带着团队进
行研究。“筛选菌种是一个繁复而艰苦的过程，垃
圾填埋场、养猪场是我们最常去的地方，甚至还
去了青藏高原在极寒环境中进行筛选工作。”赵
天涛说，系统开展了原位富集、复合诱变、梯度驯
化等工作后，他们终于在 2013 年得到了多种降
解效率高、耐环境胁迫能力强的微生物菌株。
“根据作用微生物的不同，生物法分为好氧
生物处理和厌氧生物处理两个阶段，而我们在世
界上首次提出全好氧菌剂的概念，推出了全好氧
生物处理技术。”赵天涛介绍，简单来说全好氧生
物处理技术是指在单一构筑物及好氧条件下，实
现有机物、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等污染物
同步高效去除的新型生物处理技术。
极端环境微生物具有普通微生物不可比拟
的抗逆能力和多元胁迫条件的适应机制，以及耐
受性好、生物活性高、降解效能强等优势，他们筛
选了高耐有机氯、苯酚、甲醇和氨氮共四大类强
抗逆菌株，并研制了可定制复合菌剂，实现了优
势菌株高密度、高活性快速繁殖。
传统的菌株投入污水中，很快就被污水中的
土著生物同化、死亡，但是可定制复合菌剂具有
更强的生存竞争能力，污染物耐受浓度提高 2—
3 倍，成活率提高 10 倍，培养周期缩短 50%。对
含重金属、高盐、强碱、氯代有机物、硝基苯、苯胺
等有毒、有害成分的废水均有高效处理性能。
“复合菌剂+”工艺让污水处理效率更高成本更低“生物处理方式不仅环保，相比其他处理方
法更加节约，还能够实现无衰减运行。”赵天涛介
绍，针对污水处理中扩散速率限制和残泥竞争抑
制两大关键技术瓶颈，他们研发了“一步式”复合
菌剂挂膜技术，实现了挂膜时间缩短 50%，污泥
产率降低 95%，优势菌丰度提升 40%。针对不同
废水达标排放要求，开发了“复合菌剂+”生物强
化集成工艺，解决菌剂流失、活性衰减和竞争抑
制问题，处理效率提升 40%，运行成本降低 1/2
至 2/3，无衰减稳定运行 5年以上。
近三年，该成果在重庆及全国 40 余项生活
污水和工业废水处理项目中推广应用，为企业新
增产值 10 多亿元，保护了超 600 万人口民生健
康，显著改善了城镇生态环境。“我们将继续扩展
全好氧生物处理技术的应用范围，重点解决垃圾
填埋场渗滤液高氨氮、高盐、处理难度高这一老
大难问题。”赵天涛说。
以污染物为“食”微生物带来废水处理新思路
本报记者 雍 黎
《《疫苗管理法疫苗管理法》》实施在即实施在即我国首家高级别生物安全实验室提档升级我国首家高级别生物安全实验室提档升级
内工作人员现场处理，在短短数十秒内阻止了
动物逃脱。事后，管理人员又重新调阅 24小时
内的监控录像，对应排查消除所有风险隐患。
基于此，一批 SARS 灭活疫苗顺利、安全通过
18只实验猴体内实验，保障了相关疫苗从实验
研发走向临床应用。
武汉大学武汉大学 AA33 实验室的实验人实验室的实验人员正在对负压隔离器中的实验动物员正在对负压隔离器中的实验动物进行实验操作进行实验操作。。 受访者供图受访者供图
实验人员使用生物安全柜进行动实验人员使用生物安全柜进行动物样本的初步处理物样本的初步处理。。 受访者供图受访者供图
