Bên trong phòng thí nghiệm an toàn sinh học BSL-4: Nơi virus không thể nào thoát ra ngoài

Ebola, MERS, SARS và những bào tử gây bệnh than: Chúng ta có khoảng 60 mầm bệnh siêu nguy hiểm và dễ lây truyền. Những mầm bệnh này không thể được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm sinh học thông thường. 

Đối với chúng, các nhà khoa học sẽ cần một phòng thí nghiệm có cấp độ an toàn cao nhất: Phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 4 hay còn gọi là BSL-4 (Biosafety Level 4).

Hiện tại trên thế giới chỉ có khoảng hơn 50 phòng thí nghiệm loại này, trong đó sở hữu nhiều nhất là Hoa Kỳ với khoảng 15 phòng BSL-4. Kế đó là Anh với khoảng 10 phòng. Trung Quốc có 2 phòng thí nghiệm An toàn sinh học cấp độ 4 đặt tại Cáp Nhĩ Tân và Vũ Hán, cùng với một phòng BSL-4 đã được lên kế hoạch xây dựng tại Bắc Kinh.

*Truy cập tại đây để cập nhật những tin tức mới nhất về dịch Covid-19 ngay tại tâm dịch Vũ Hán Trung Quốc.

Bên trong những Phòng thí nghiệm BSL-4: Nơi virus không thể nào thoát ra ngoài

Thoạt nhìn, những phòng thí nghiệm này trông cũng chẳng có gì đặc biệt. Giống với bất kỳ phòng thí nghiệm sinh học nào khác, nó có những tủ lạnh chứa mẫu đông, có máy ly tâm và tủ hút. 

Các dụng cụ thí nghiệm cũng hoàn toàn bình thường, ống nghiệm, pipet, những đĩa thạch… Thứ gì bạn có thể tìm thấy trong một phòng thí nghiệm sinh học ở trường phổ thông trong này sẽ đều có.

Điểm khác biệt là ở chỗ, căn phòng đã bị đóng kín hoàn toàn. Từ khi được xây dựng, nó đã không hề có cửa sổ. Toàn bộ ánh sáng đều là nhân tạo. 

Để bước vào một phòng thí nghiệm BSL-4, bạn sẽ phải đi qua một cánh cửa như cửa tàu ngầm. Đó là lối thoát duy nhất, và cũng là tấm lá chắn đang khóa chặt những mầm bệnh nguy hiểm bên trong nó.

Phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 4 (BSL-4)

Một ngày ở phòng thí nghiệm BSL-4 bắt đầu với Diane Negley - nhà vi sinh học tại Viện nghiên cứu Bệnh truyền nhiễm của quân đội Hoa Kỳ - từ phòng thay đồ. Mọi nhân viên khi bước vào đây đều phải thay ra bộ quần áo mà họ đang mặc. Negley sau đó sẽ khoác lên người một bộ đồ Scrubs giống của bác sĩ phẫu thuật, rồi mặc ra ngoài cùng bộ đồ bảo hộ toàn thân loại A.

Một Phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 3 (BLS-3) chỉ yêu cầu các nhà khoa học đi ủng, mặc áo choàng phẫu thuật, đeo kính bảo hộ, găng tay và khẩu trang N95. Nhưng trong BSL-4, mặc bộ đồ bảo hộ toàn thân là một trải nghiệm hoàn toàn khác.

Đồ bảo hộ toàn thân loại A là điều kiện bắt buộc để vào một phòng BSL-4.

"Nó cực kỳ cồng kềnh", Negley nói. Bộ đồ nặng khoảng 4 ký rưỡi sẽ phồng lên giống như một người lốp Michelin khi ống khí tạo áp lực dương được gắn vào và bật lên. Bạn sẽ phải điều khiển một cơ thể mới cao thêm 15 cm.

Nó sẽ chiếm nhiều không gian hơn, khiến bạn va đụng vào mọi thứ cho đến khi bạn làm quen được, Negley nói.

Và bản thân việc va đụng cũng là một vấn đề. Tất cả các bề mặt và vật dụng trong phòng BSL-4 đều được thiết kế để không còn bất kỳ một góc sắc cạnh nào, phòng trường hợp một nhà khoa học vô tình va hoặc ngã vào đó khiến bộ đồ bảo hộ bị rách và phơi nhiễm dưới những mầm bệnh chết người.

Đó cũng là lý do tại sao nó cần một ống bơm khí để tạo ra áp lực dương liên tục. Một mặt, luồng khí sẽ tránh cho mầm bệnh lây nhiễm vào bên trong nếu bộ đồ chẳng may bị hỏng hoặc thủng. Mặt khác, nó sẽ cung cấp không khí sạch từ bên ngoài phòng và oxy cho nhà khoa học làm việc.

Mặc dù vậy, trải nghiệm bên trong một bộ đồ bảo hộ sinh học toàn thân loại A không phải một điều gì đó dễ chịu. "Những cử động của bạn sẽ bị hạn chế, vì bạn đang nắm và thả mọi thứ xuyên qua một lớp không khí", Negley nói.

Không khí thổi liên tục cũng khiến bạn nhanh mất nước và cảm thấy khát. Uống nhiều nước trước khi vào phòng cũng không phải là một lựa chọn tốt, bởi sẽ chẳng ai muốn cởi bộ đồ, vào phòng tắm và rồi quay trở lại quy trình mặc nó lại một lần nữa.

Các nhà khoa học làm việc bên trong phòng BSL-4 tại Vũ Hán, Trung Quốc.

Negley nói rằng một nhà nghiên cứu cần phải lên kế hoạch rất cẩn thận và tỉ mỉ trước khi bước vào một phòng BSL-4. Cô cần liệt kê ra tất cả những mẫu vật, dụng cụ thí nghiệm và những việc mình cần làm để chỉ phải đi qua cánh cửa một lần duy nhất.

Tình trạng sức khỏe cũng là một điều cần lưu ý với các nhà khoa học muốn bước vào phòng BSL-4. Sẽ không ai muốn vào đó trong một ngày bị cảm cúm, bởi chảy nước mũi khi mặc bộ đồ là một trải nghiệm không thể tệ hơn. Bạn sẽ không thể lau nó. Và một cú hắt hơi sẽ khiến mặt kính bắn đầy những giọt nước không thể được làm sạch từ bên trong.

Tất cả những nhà khoa học muốn làm việc trong phòng thí nghiệm BSL-4 đều phải trải qua một quá trình đào tạo nghiêm ngặt. "Vài lần đầu tiên bước vào đó, tất cả mọi người đều cảm thấy sợ hãi và họ thở nặng nề", Daryl Dick, một kỹ thuật viên cao cấp tại Phòng thí nghiệm Vi sinh Quốc gia Canada cho biết.

Một số người sẽ không bao giờ dám bước vào phòng BSL-4, bởi cảm giác bị giam cầm trong bộ đồ và các mối nguy hiểm trong đó khiến họ sợ hãi. Các nhà khoa học không thể nói chuyện dễ dàng, bởi luồng không khí đang thổi sẽ lấn át mọi âm thanh mà họ phát ra.

Các nhà khoa học không thể nói chuyện dễ dàng, bởi luồng không khí đang thổi sẽ lấn át mọi âm thanh mà họ phát ra.

Trong một căn phòng kín chỉ có ánh đèn huỳnh quang trắng bệch, phải đối mặt với những chiếc tủ hút vô tri, những dòng không khí kêu vò võ bên tai và điều khiển một bộ đồ cồng kềnh, lết được hai đế giày nhựa của nó trên sàn bê tông cũng đã đủ để khiến bạn cảm thấy mệt mỏi.

Negley nói cường độ công việc, nỗ lực thể chất và sự cô lập khiến cho việc thí nghiệm trong phòng BSL-4 trở nên mệt mỏi hơn nhiều so với phòng thí nghiệm tiêu chuẩn bên ngoài, với các vi sinh vật vô hại. 

Về phần mình, Dick tin rằng một khi đã quen và có thể chịu đựng được điều đó, một nhà khoa học có thể đặt hoàn toàn niềm tin tưởng của họ vào độ an toàn của một phòng BSL-4 và xử lý các thí nghiệm một cách thành thạo.

Nơi những mầm bệnh không thể thoát ra ngoài

Các phòng thí nghiệm an toàn sinh học hiện được phân thành bốn cấp độ BSL-1, BSL-2, BSL-3 và BSL-4.

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.

Phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 3 (BSL-3) được xây dựng trong các cơ sở y tế lâm sàng hoặc cơ sở nghiên cứu để xử lý các tác nhân có thể gây bệnh nghiêm trọng hoặc nguy cơ tử vong, có thể lây qua đường hô hấp.

Hình ảnh virus SARS-CoV-2 đang gây ra dịch Covid-19 - một mầm bệnh yêu cầu BSL-3 và BSL-4.

Các mầm bệnh được nghiên cứu trong BSL-3 cũng có thể được nghiên cứu trong BSL-4. Nhưng ngoài ra, phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 4 còn dành riêng cho các vi khuẩn, virus và hóa chất cực kỳ nguy hiểm, không có thuốc điều trị và thậm chí có thể gây chết người ngay sau khi nhiễm phải.

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. Dick gọi mỗi phòng BSL-4 đều là "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. 

Mỗi phòng BSL-4 đều là "một cái hộp hoàn toàn kín bên trong một cái hộp khác".

BSL-4 có nguồn cung cấp không khí và nước riêng, một máy phát điện dự phòng để giữ cho nó an toàn ngay cả khi gặp sự cố mất điện.

Trái với những gì mọi người nghĩ khi nhìn vào đó, bộ quần áo bảo hộ không phải là công cụ có hiệu quả nhất trong việc đảm bảo an toàn cho các nhà khoa học bên trong BSL-4, mà đó là các tủ hút và hệ thống lọc không khí hiệu quả cao HEPA (High-efficiency particulate air).

Các tủ hút là những chiếc tủ có áp lực âm. Nghĩa là nó có một máy hút khí trên đỉnh để tạo ra luồng không khí liên tục đi vào từ cửa của nó - nơi các nhà khoa học ngồi làm việc và thao tác – và đi ra từ cửa thông gió tới máy lọc không khí HEPA.

Tất cả các thí nghiệm với mầm bệnh trong phòng BSL-4 đều phải thực hiện bên trong chiếc tủ này. Nhờ vậy, mầm bệnh sẽ không giờ có thể lội ngược dòng để đi từ trong tủ ra bên ngoài để lây nhiễm. "Chúng tôi được đào tạo đến mức có thể làm việc trong tủ hút mà không cần mặc đồ bảo hộ", Dick nói để nhấn mạnh về vai trò của nó.

Các nhà khoa học làm việc với tủ hút, nhân tố quyết định đến sự an toàn của họ trong BSL-4.

Áp lực âm cũng đóng vai trò thiết yếu với cả căn phòng BSL-4. Các cỗ máy hút luôn khiến cho không khí chỉ có thể đi vào phòng mà không thể đi ra. Vì vậy, ngay cả khi cửa của phòng BSL-4 mở toang, không khí (nếu chứa mầm bệnh) trong nó cũng không thể đi ra ngoài, mà sẽ bị hút hết đến một máy lọc HEPA chờ sẵn.

Các hệ thống lọc HEPA được thiết kế với màng lọc làm từ sợi thủy tinh với các khe hở chỉ cách nhau 0,3 micromet. Nhưng điểm đặc biệt của HEPA so với các hệ thống lọc khác, đó là nó có khả năng bắt được cả các hạt nhỏ hơn kích thước khe hở nhờ lợi dụng cơ chế khyếch tán và hút tĩnh điện.

Nhờ vào cơ chế này, BSL-4 có thể đảm bảo độ sạch gần như tuyệt đối (>99,9999%). Công suất của HEPA được trang bị cho phép nó chỉ mất 3 phút để lọc và thay mới toàn bộ không khí trong một phòng BSL-4.

"Một khi có sự cố xảy ra, [mà hệ thống HEPA vẫn còn đang hoạt động], chúng tôi biết rằng trong vòng 3 phút, căn phòng sẽ được lọc sạch mà không còn lại bất kỳ một tác nhân gây nhiễm nào", Dick nói.

Hệ thống lọc khí HEPA của Phòng thí nghiệm BSL-4.

Trong khi đó, tất cả các lối ra của không khí thải từ BSL-4 cũng bị chặn bằng bộ lọc HEPA. Các vi sinh vật thông thường không thể tồn tại lâu bên ngoài cơ thể con người, chúng đơn giản là sẽ chết trên màng lọc khi cố gắng đột kích ra ngoài.

Nếu chúng chưa tự chết, các màng lọc cũng sẽ được khử trùng và thay đổi thường xuyên để đảm bảo hiệu quả lọc của HEPA.

Đối với nước thải, BSL-4 có một hệ thống xử lý riêng bằng hóa chất, đảm bảo khử nhiễm và giết chết tất cả các tác nhân gây bệnh trong đó. Việc kiểm soát các đồ vật và thiết bị được mang ra và mang vào phòng thí nghiệm cũng hết sức gắt gao.

Tất cả ống nghiệm, dụng cụ thí nghiệm hay bất kỳ đồ vật nào trước khi đi ra khỏi BSL-4 đều phải được khử nhiễm bằng nồi hấp. Thậm chí ngay sau khi được mang ra khỏi tủ hút, chúng đã phải được hấp khử trùng.

Khi các thiết bị lớn bên trong BSL-4 như tủ lạnh hoặc máy ly tâm bị hỏng hoặc cần phải thay thế, phòng thí nghiệm sẽ thực hiện một quy trình khử nhiễm toàn bộ trước khi cho phép một kỹ thuật viên vào xử lý chúng.

Để đảm bảo an toàn, quy trình này được thực hiện vô cùng cẩn thận và có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuần. Không có một mầm bệnh nào có thể lợi dụng kẽ hở đó để thoát ra bên ngoài, nhờ vào việc bám lên các bề mặt thiết bị hỏng khi chúng được đem đi.

Tất nhiên trong quá trình sửa chữa, các mẫu virus và vi khuẩn nguy hiểm đã được chuyển đến một nơi lưu trữ an toàn khác.

Hệ thống xử lý nước thải của phòng thí nghiệm BSL-4.

Tất cả các biện pháp phối hợp đã đảm bảo cho một Phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 4 không thể tự nó phát tán mầm bệnh ra bên ngoài môi trường. Con đường duy nhất mà mầm bệnh có thể lợi dụng là chính các nhà khoa học đang làm việc bên trong đó.

Nhưng các nội quy áp dụng cho nhân viên khoa học tiếp tục khiến điều đó trở thành không thể. Một là mầm bệnh không bao giờ có thể xâm nhập vào bên trong các bộ quần áo bảo hộ áp suất dương. Hai là các mầm bệnh bám trên đó sẽ bị khử hoàn toàn trong 5 phút với một hệ thống tắm hóa chất khử nhiễm với dung tích tới 200 lít xả mỗi lần.

Các nhà khoa học sau đó được yêu cầu phải tắm một lần nữa, để rửa trôi bất kỳ mảnh xác virus nào bám vào trong quá trình thay đồ bảo hộ, trước khi mặc lại quần áo của mình và trở lại thế giới bên ngoài.

Các thủ tục an ninh hết sức chặt chẽ cũng được áp dụng trong quy trình làm việc và xung quanh tòa nhà. Chẳng hạn như mọi nhà khoa học đến phòng thí nghiệm BSL-4 đều phải được cấp phép và mang phù hiệu, phải được kiểm tra nhận dạng, bao gồm cả thủ tục quét mống mắt. Họ phải ghi lại mọi thứ mình làm trong một cuốn nhật ký và có camera giám sát để đối chiếu.

Các nhân viên an ninh được bố trí dày đặc xung quanh khu vực BSL-4 cho tới mọi con đường, ngõ ngách đi vào và đi ra khỏi đó, để đảm bảo không có bất kỳ ai vượt qua được các biện pháp an toàn, an ninh.

Trung tâm giám sát tại Phòng thí nghiệm An toàn Sinh học Quốc gia Trung Quốc.

Suy cho cùng, các phòng thí nghiệm An toàn sinh học Cấp độ 4 được xây dựng để nghiên cứu các mầm bệnh nguy hiểm bậc nhất thế giới, nhằm tìm ra cách chữa trị, phòng ngừa chúng và dự đoán các dịch bệnh có thể xảy ra trong tương lai.

Vì vậy, các biện pháp an toàn của BSL-4 đã được thiết kế để chính nó không trở thành một nguồn phát tán mầm bệnh. Chỉ cần tuân thủ tuyệt đối các quy tắc đó, các nhà khoa học làm việc trong BSL-4 sẽ an toàn, và cả thế giới bên ngoài cũng vậy.

*Để hiểu đúng về virus corona đang gây ra dịch Covid-19, hãy cùng thử làm bài trắc nghiệm dưới đây: