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P4 實驗室. Essential features of a biosafety level 4 (BSL-4) laboratory. Credit: NIAID (an institute of the National Institutes of Health, the United States Department of Health and Human Services). (圖片來源: 維基百科)

實驗室的等級

前幾天看新聞報導，說最近疫情我們台灣用PCR檢測的速度很慢，人家外國都進步到用快篩，快篩可以多快多快，一天就可以篩多少多少個檢體，還說人家都在用P2實驗室在做，我們還在用P3實驗室慢慢做，當然速度比不上人家，主持人還質問為何不學學國外用P2實驗室來篩比較快。

什麼是P2？什麼是P3？

就我們一般大眾的理解，應該就是實驗室的等級吧。

然後或許P2比較好吧? 排名第2 的不就是比排第3 的好嗎?

…那我們今天就來了解一下生物性實驗室所分的等級…

但講實驗室的分級之前，要先知道一些名詞 ―

1. 傳染性微生物分類(classification of infectious microorganisms by risk group)

微生物依其對人的危險性分為四個等級，分別叫做第一級危險群（Risk group 1 , RG1）微生物，之後依序是第二級（RG2）、第三級（RG3）、 以及第四級危險群（RG4）微生物。

第一級是最不危險的，第四級是最危險的。

以下顏色底摘錄自行政院國家科學委員會九十三年六月增修之「基因重組實驗守則」–病原微生物依其危險性為基礎之分類：

第一級危險群（Risk group 1 , RG1）微生物

第一級危險群微生物與人類健康成人之疾病無關。例如: 大腸桿菌 K12 型、腺相關病毒、及其他未影響人體健康者。

第二級危險群（Risk group 2 , RG2）微生物

第二級危險群微生物在人類所引起的疾病很少是嚴重的，而且通常有預防及治療的方法。例如: 金黃色葡萄球菌、B 型肝炎病毒、惡性瘧原蟲及其他輕微影響人體健康者。

然後依生物學的分類，區分為 (一)細菌(包括披衣菌)、（二）真菌、（三）寄生蟲、（四）病毒等四大類；

其中，歸類在病毒類之下的，詳列的各類病毒中，第5類是冠狀病毒 (Coronaviruses)，但又把其中一類冠狀病毒，亦即這一兩年全世界大流行的新冠肺炎(COVID-19)所屬的SARS相關冠狀病毒 (SARS-Associated Coronaviruses) 除外，而將其列於更危險的第三級危險群微生物（RG3）。

第二級危險群（Risk group 2 , RG2）微生物
（一）…
（二）…
（三）…
（四）病毒
…
4. …
5. Coronaviruses（SARS-Associated Coronaviruses 列於第三級危險群除外）
6. …

第三級危險群（Risk group 3 , RG3）微生物

第三級危險群微生物在人類可以引起嚴重或致死的疾病，可能有預防及治療之方法。例如: 結核分枝桿菌、人類免疫缺乏病毒 (HIV) 第一型與第二型、新冠肺炎(COVID-19)病毒 (SARS-CoV-2)，及其他嚴重影響人體健康或可能致死者。

其中，歸類在第(四)大類病毒與變性蛋白類之下的，第4類冠狀病毒 (Coronaviruses)，就唯獨是這個新冠肺炎(COVID-19)病毒 (SARS-CoV-2) 所屬的SARS相關冠狀病毒(SARS-Associated Coronaviruses)。

（四）病毒與變性蛋白（Prions）
4. Coronaviruses:
SARS-associated Coronaviruses (SARS-CoV)—-相關實驗操作必須嚴格遵照本守則附表八之規定。

第四級危險群（Risk group 4 , RG4）微生物

第四級危險群微生物在人類可以引起嚴重或致死的疾病，但通常無預防及治療之方法。例如: 伊波拉病毒 ( Ebola virus )^#、馬堡病毒（Marburg virus )，及其他嚴重影響人體健康或可能致死者。

#. 2019年已經有第一支伊波拉病毒的疫苗問世，表示開始有預防的方法。

2. 生物安全等級 (Biosafety level, BSL)

是實驗室進行實驗時，依據該實驗室所研究之生物製劑或所利用到的細胞(或微生物)對環境與生態可能造成的危害程度，所給予必須達到的安全等級。

所以，傳染性微生物分類 (RG) 是針對微生物去分類，生物安全等級 (BSL) 是針對實驗室的規範。 而因應所處理的微生物的危險程度的四個分類 (RG1, RG2, RG3, 及RG4)，實驗室所必須達到的安全等級當然也分成四個等級，分別叫BSL-1、BSL-2、BSL-3，及BSL-4。

再來，不同的 BSL 規範著不同的 物理防護 (Physical Containment) 措施。例如針對某實驗室要達到BSL-1的安全等級的目的，去規範出的物理性防護層級 (Physical Containment Level) 的相關措施，叫做P1，其中 “P” 是 “Physical” 的意思。這也是為什麼生物性實驗室通常以P1、P2、P3、P4實驗室來命名的原因；P2實驗室的設施必須能達到BSL-2的安全等級，當然P3實驗室的設備就必須能達到BSL-3的防護層級。

P1實驗室的設備是最陽春的，而P4實驗室的設備等級是最高的。

知道了這幾個名詞之後，我們進入今天要討論的問題，

如果我今天要處理的微生物，其危險等級是在RG3，例如新冠肺炎(COVID-19)的病毒就是RG3級，那我就必須要在P3等級以上的實驗室 (P3或P4，才能達到BSL-3的安全防護) 去處理這些檢體，並不能在設備比P3等級差的譬如P2跟P1實驗室去處理這些檢體，因為 P2及P1實驗室的設備是無法有效防護我這個操作實驗的人免於被感染的危險的。而且這實驗室的防護設施不足，也可能有造成這病毒外洩的疑慮。

P3、P4 實驗室特點是內部的負壓呈梯度分布，越往裡面壓力越低，以防止氣流外洩。此外，實驗室必須具備高壓滅菌鍋，實驗用品必須經過高溫高壓、蒸氣滅菌之後才能取出，人員進與出也有規定的路線。(圖片來源: 中央研究院 / 研之有物)

P3等級以上的實驗室有一個重要的設備，就是負壓空調設備，能控制實驗室內的氣壓，使其小於實驗室外的氣壓 ( 實驗室對外面公用走道至少25 pa的負壓，實驗室對其他相鄰區至少12.5 pa負壓 )，這麼一來，因為實驗室外的大氣壓力大於實驗室內，所以及使有一點縫隙（例如實驗室出入口開關瞬間，門窗縫隙，甚至空調設備），空氣會是往實驗室裏流動，不會由內往外吹。再來，所有的排氣都需經過 HEPA 過濾器（High Efficiency Particulate Air Filter）過濾及其他必需的處理之後才會排放出去。這樣室實驗內的微生物(病毒)就不會被吹到外面造成外洩。

但是 P2實驗室卻沒有如上 P3實驗室的空調處理系統及壓力系統，是不能處理 RG3級微生物 (例如COVID-19病毒, SARS-CoV-2) 的。

所以說，處理新冠肺炎(COVID-19)的病毒還是應該在P3實驗室進行。

(Study: SARS-CoV-2 Immunogenicity in individuals infected before and after COVID-19 vaccination: Israel, January-March 2021: Implications for vaccination policy. 圖片來源 : Kateryna Kon / Shutterstock)

講到疫苗如何讓我們產生免疫力，可以從造成免疫反應的物質說起。

能產生免疫反應的物質我們叫它做『抗原』(或免疫原)，抗原的成份決大部分是蛋白質。

事實上，蛋白質建搆了我們身體大大小小裡裡外外的所有體質，

在我們體內大部分運行的生理機能也是由蛋白質來執行。

這讓我想起了一部電影《巧克力冒險工廠》，電影裏，巧克力工廠的東西是用巧克力跟各種糖果做成的，包括巧克力河流、巧克力瀑布、軟糖礦藏、硬糖果船、車子、薄荷糖草……，巧克力也做成了各種工俱和設備，可以說巧克力工廠裡面的一磚一瓦都是由巧克力所搆成的。

(圖片來源: 網路)

相同情形，我們人體裏面，猶其在細胞裏面行使各種生理功能的東西，都是蛋白質構造出來的，包括酵素，某些激素，神經傳遞物質，細胞膜上的受體，離子通道……，

而會引起疾病的外來病源體，其表面的抗原，也是蛋白質做成的；當然，身體受了外來抗原刺激所產生的抗體，其成分也是蛋白質。

而疫苗的原理，就是利用

提供或摹仿製造出

病原體 (病毒或細菌) 表面可以致病，同時也是能被體內相關白血球所辨識，後續引發免疫記憶反應的

抗原(很多時候是帶有醣基的醣蛋白)，

來讓身體引發初級免疫反應，產生具專一性的抗體。

所以疫苗的概念，最初就是在提供這外來蛋白質成份的東西進入體內。

早期的疫苗是減毒活疫苗和死毒疫苗 (我這篇有大致介紹)，其含有完整的病源體(細菌或病毒)，這完整的病源體表面就含有抗原。但不管是減毒活疫苗或者死毒疫苗，製作時都難以保證降低病源體活性或除去病源體活性能夠完全，疫苗裡面的病原體還是有可能至病。這算是傳統疫苗的一個風險。

但生物科技一直在進步…..

既然病原體引起免疫反應的部分是其體表的抗原蛋白，那若能有個方法，只把那抗原蛋白送入體內，而不要把整隻病原體送入體內，應該同樣可引起免疫反應，而且還可以避免病原體送入體內致病的風險，

於是疫苗的製作進步到了用基因工程技術製作出蛋白質(次單位)疫苗 (我這篇有大致介紹)

蛋白質次單位疫苗製作的特色是須要在藥廠裏利用細菌或酵母菌幫助大量生產病原體抗原蛋白，或此抗原蛋白的次單元，再把這些蛋白收集起來去做成疫苗。而且也因為它只含抗原蛋白而不是整隻病原體，所以不會至病。

到此，不論是減毒疫苗、死毒疫苗或者是蛋白質次單位疫苗(或蛋白質片段疫苗)，疫苗直接提供的成分都是蛋白質。

生物科技依然持續進步，制作疫苗的方式也不斷在更新。近幾年已經發展到了所謂的核酸疫苗，包括mRNA疫苗和DNA疫苗。

但是核酸並不是抗原，不能引發免疫反應；那這樣打人身體之後，如何引起身體產升初級免疫反應而製造出抗體? 其實，那是要再多一些步奏的，也就是那DNA或mRNA要先靠我們身體提供原料、酵素和能量，依劇DNA或mRNA的秘碼序列來做出跟病原體一樣或相似的抗原蛋白質，之後才由這些蛋白在體內引發免疫反應。

這也就是為什麼mRNA疫苗跟DNA疫苗，打入身體之後，還必須要再進到細胞裡。細胞裏面才有提供RNA或DNA進行轉錄、轉譯等的步驟所需要的材料和能量以制作出抗原蛋白；而蛋白質次單位疫苗則不需要這些步驟。

結論就是，核酸疫苗最後還是得產出抗原蛋白質才能夠引發免疫反應，只是產出抗原蛋白的場所從藥廠實驗室裏的酵母菌裏移到我們人體的細胞裏；

但就因為多了這些轉錄轉譯的步驟，所以:

第一、必然會在多耗費一些時間，而不能像蛋白質次單位疫苗一樣，進入人體後就能夠馬上進行免疫反應。

第二、這樣的轉碌轉譯的效率，可能存在個體差異，也就是說每個人雖然打相同份量的核酸疫苗，但最後所產生的抗原蛋白的量可能不一樣，如果抗原量不夠多，可能無法有效引發免疫反應，但反過來如果長期表現過多的抗原，身體可能會對這抗原產生誘導免疫耐受性。這算是一個變數。

第三、不管是轉錄還是轉譯，過程中難保沒有運作錯誤的可能性 (和自然突變相同道理，雖說機率可能很低)，畢竟存在於有機體內的生化反應，我們無從監控與操弄。這樣同樣算是一個變數。

第四、若是用細菌的質體DNA當作是疫苗的材料，DNA質體還可能引起抗DNA抗體的反應，可能會造成一些自體免疫疾病，例如紅斑性狼瘡、類風溼性關節炎。又算是一個變數。

第五、質體DNA在細胞核內雖然穩定，但其與腺病毒載體DNA一樣，仍有插入染色質引起特定基因被破壞的可能，造成基因突變；若破壞的基因影響到致癌基因或者是抑癌基因的表現，還有可能導致細胞癌化的危險。這是被討論最多的一個變數。

所以說，核酸疫苗多了轉錄轉譯的步驟，也就比蛋白質次單位疫苗多了一些變數，這些變數的影響可能因人而異，或許對大多數人而言微乎其微，但到底是大是小其實專家們也還是就學理上去推論，還沒定量明確的數字結論。就因為這些事情目前還沒能完全衡量，還沒完全在掌控之中，所以才叫做變數。

而蛋白質次單位疫苗因為沒有核酸疫苗的那些變數，所以目前一般是認為比核酸疫苗安全；而且它不會致病，所以也比傳統疫苗(減毒、死毒疫苗)安全。

當然，核酸疫苗是未來的趨勢，它有很多好處，從1990年第一隻被肌肉注射外來核酸的小鼠開始，三十年來，核酸疫苗的發展如火如荼，當前卻還是進行式，尚未完全成熟，一些變數跟風險也還在嚐試解決改良中；只是這一兩年新冠肺炎來得又急又猛，急需短時間內有疫苗產品被製作出來，核酸疫苗的一個優點就是製作快速，解析病毒核酸序列之後，馬上可以設計出對應的抗原DNA或RNA，製成疫苗，所以才會有AZ，默德納，BNT的快速問世；蛋白次單位疫苗製作步驟時間相對繁多，在這次的疫情中反而遠水救不了近火的感覺；美國Novavax疫苗、當初國內三家 (國光、高端、聯亞) 疫苗皆屬於蛋白次單位疫苗，Novavax 今年3月時曾公告，預計最快5月，其新冠疫苗獲凖在美國使用，但5月時又公告其開發生產面臨延期，可能要到年底了，國內兩家疫苗(聯亞、高端)也正在努力中。

假以時日，當核酸疫苗克服一些瓶頸，解決一些重要問題，改善一些副作用及不良反應之後，必然是次世代更具優勢的疫苗，然而現階段過度期，蛋白次單位疫苗的安全性依然還是它的強項，也不會有嚴重不良反應，且有效性也達水準；只是，大敵當前 (現在疫情嚴峻)，權衡各項利弊，不論哪種疫苗，能夠早點打到就都是好疫苗，都能早點降低新冠肺炎對生命的威脅。

我將會另外整理一份闡述比較各類疫苗的報告與各位分享。

P1? P2? P3? P4?

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