实验室进灾区将疾病消灭在“火点”阶段

灾区空气监测，把实验室搬到灾区

控制疫病流行就像扑灭一场森林大火：如果“火点”能够被发现，一个成年人就可以扑灭它;如果火势蔓延开来，任何措施都将为时已晚。然而，难点就在于如何在“火点”阶段就能够监测到。何况,对于疫病控制来说,最早开始的“火点”在无声无息中扩散,处于潜伏期感染者都没有任何症状反应。

在过去的20多天里，北京大学环境科学与工程学院要茂盛一直在四川地震灾区监测疫病的“火点”。这是国家自然科学基金启动的一项科学部主任基金应急项目：“汶川地震灾区空气中传播的细菌和病毒的采集及基因分析技术”。

监测空气中的细菌、病毒是一项非常前沿的技术，它和“可吸入颗粒物”监测、水质监测有着质的区别。美国“9 11事件”后发生了炭疽病菌的“恐怖袭击”，科学家们在相关研究上加大了力度。

“等到有了症状时才发现，就太晚了”

“通常情况下，由于人体自身的免疫能力，即使被细菌、病毒感染也不会致病。即便会，也能很快康复。但对于地震灾区来说，生活、环境条件差，人体免疫相对较弱，抵抗疾病的自身能力要差。”要茂盛说。

地震改变了自然环境，尤其是很多畜禽尸体容易滋生细菌、病毒，气温升高也在加剧这个过程。

“一般的病毒，人体感染3—4天后就会有很强的传染性，虽然患者还没有症状反应，但病毒、细菌在人体内已经复制了很多，浓度非常高。”要茂盛说，“有一些学者对传染病的传播模式进行专门研究，这个阶段的传染速度非常快，因为这是一种‘一传十、十传百’的矩阵式传播。”

要茂盛和项目组的科研人员们主要监测9种具有较高风险的细菌、病毒造成的疾病，包括肠道传染疾病、呼吸道传染疾病、流行性乙型脑炎、气性坏疽、炭疽病、百日咳杆菌、脑膜炎双球菌、结核杆菌和禽流感。

“等到有了症状时才发现，就太晚了。我们的任务就是通过空气监测提前发现并采取隔离措施。对公共场所比如灾区的安置点，及时监测到空气中的细菌、病毒具有非常重要的意义，如果提前发现可以避免一场大规模的疾病传染。”要茂盛说。

然而，如何能够在空气中及时、准确监测细菌、病毒?这是一个非常复杂的技术难题，涉及生物、物理、化学和网络等方面专业内容。做到预警的效果，需要不同领域的科学家进行合作。

“把实验室的研究真正应用到社会之中，能够为社会解决实际的问题，这是每个科研人员都会感到非常欣慰的事情。”要茂盛说。

把实验室搬到了灾区

对空气中的细菌、病毒进行监测，一个难题是大流量地采集空气样本，另一个难题是快速、准确的进行识别。

此次到震区的人员组包括：要茂盛是去年8月回国的耶鲁大学博士后，他和另一位成员邱兴华都是北大“百人计划”优秀青年人才，而项目负责人北京大学朱彤教授则是一名长江学者。此外，通过环境流动监测车，要茂盛把他负责的生物气溶胶与微生物实验室都搬到了四川震区。

“我们使用了很多新的技术、新的方法、新的思路。就科学研究的发展来说，我不敢说比国外的实验室高多少，但绝对不会比别人差的。”要茂盛说。

例如空气采集，在国内通常使用“降落式”的：放置一个培养皿，然后分析从空气中自行降落下来的微生物。这种方法效果非常差。“病毒等小的生物颗粒通常在空气中会悬浮很久，还会通过空气远程漂移。能降落到培养皿上面的几率很小。”要茂盛说。

近年来另一项采集技术是，通过抽取几百升空气，使用普通过滤膜收集细小的微生物。然后把过滤膜放置到水中，然后由试验人员把微生物“洗”下来。要茂盛认为，这种方法采样也有不理想的地方，在洗的过程中需要摇晃1-2个小时，这就很容易引起RNA降解，“样品受到损伤，就不代表原来的病毒了”，“而且也不能保证100%%的采集效率”。

项目组专家们这次使用了水溶性过滤膜，这是一种高效的采样膜。2005年要茂盛在美国罗格斯大学做博士研究的时候曾进行过这种膜采集效率的比较研究。而这次，这种过滤膜从试验室进入了实际应用，并且首次和基因扩增技术结合，来快速识别空气中的细菌、病毒。

“水溶性过滤膜可以直接投入水中溶解，然后提取样品RNA或DNA序列进行基因复制。如果样本中不包含病毒、细菌，基因扩增就看不到明显的信号。如果样本中有，经过一定的基因复制次数，就会有信号监测到。而且可以通过复制的次数，来计算其在空气中的浓度。”要茂盛说。

“实时空气监测”将会是划时代的突破

在震区的20多天里，项目组每天选定两个受灾比较严重的地点，对居民安置点、废墟、救援人员帐篷和防疫人员等敏感场所进行流动检测。

“采集装置是便携的，基因分析等生物监测仪器可安装在流动观测车，因此可以实现现场采样和现场分析。由于实际条件的限制，我们将实验室安置在四川大学化学学院的实验室，人员到现场采样。可以当天或隔天将样品送到实验室分析，2—4小时后获得分析结果。”朱彤说。

现在全世界都没有真正做到实时、动态监测。要茂盛的希望就是将来坐在实验室里面，打开电脑就能看到监测的实时数据。这是他一直想做的一件事。

“全世界有很多科学家都在朝这个方向努力，但它涉及到多个领域的知识，需要很多专业背景的科学家们一起攻关。”要茂盛说。

要茂盛的实验室刚刚从清华大学招一个纳米专业的博士后。他设想能够把采集过来的空气直接凝缩在液体中，流过载有纳米线的芯片后，将监测信号进行扩大，通过无线网络远程传递出去。就像交通监控一样，可以实时监测到。

“如果能够实现对空气中细菌、病毒定点实时监测，只要发现就过去隔离控制，那对控制大规模传染病将具有划时代的意义，同时这种技术对早期疾病的诊断也意义重大。”要茂盛说，“这一技术将会是人类与疾病斗争的又一个里程碑。但如何能够实现它，并且在技术可靠实用，还会有很长的一段路。”