Laborinfektionen – das unbekannte Risiko in Biosicherheitslaboren

Publiziert

Die Handhabung von Laborinfektionen in der Schweiz ist ein zentrales Thema. Unser Fachbericht zeigt auf, wie Mitarbeitende in der Praxis damit konkret umgehen können.

Während einer Pandemie arbeitet ein Wissenschaftler in einem Hochsicherheitslabor. Schon seit vielen Stunden und ohne Pause untersucht er genau den unbekannten, hochansteckenden Keim, der schon so viele Menschenleben gefordert hat. Ein Schutzanzug mit Helm schirmt ihn komplett von der möglicherweise kontaminierten Laborluft ab. Saubere Atemluft bekommt er über einen Schlauch. Er ist bereits übermüdet und da passiert die kleine Unachtsamkeit, die ihn vielleicht das Leben kosten wird: Beim Gang durch das Labor bleibt er mit seinem Luftschlauch hängen, ein Loch reisst in seinen Anzug, Laborluft kann eindringen. Er hält die Luft an, rennt aus dem Labor und unter die Desinfektionsdusche. Endlich vor der Tür, reisst er den Helm herunter, holt Luft. Eine Kollegin fragt, was passiert sei, er reagiert ausweichend. Hat er sich infiziert? Er weiss es nicht. Gewissheit bekommt er einige Tage später, als auch er erkrankt.

So schildert der Hollywood-Film «Outbreak» von 1995 (10) eine Laborinfektion (laboratory-acquired infection, LAI). Eine Infektion, die wahrscheinlich auf das Labor oder laborbezogene Tätigkeiten zurückgeht und sowohl mit als auch ohne Symptome einhergehen kann (11). Der oben beschriebene Zwischenfall ist Fiktion, doch Personal in Laboren der Diagnostik, Forschung und Industrie, in denen mit Mikroorganismen (Bakterien, Viren oder Pilzen) umgegangen wird, sind LAIs ein reales Risiko im Arbeitsalltag. Nur wenige Mikroorganismen verursachen Krankheiten, manche werden sogar nutzbringend eingesetzt, zum Beispiel Joghurtbakterien. Andere wiederum sind hochgefährlich und in der Lage, in Pflanzen, Tiere oder Menschen zu befallen. Der menschliche Körper bietet dafür mehrere mögliche Eintrittsstellen: Haut, Magen-Darm-Trakt, Schleimhäute und Atemwege (Bild). Einmal in ausreichender Anzahl den Körper gelangt, können schwerwiegende gesundheitliche Folgen entstehen (5, 9).

Risikomanagement
Beim bewussten Umgang mit Mikroorganismen werden diese anhand ihrer Fähigkeit, gesunde Erwachsene zu infizieren, in Risikogruppen eingestuft. Harmlose Mikroorganismen wie die Bäckerhefe fallen in Risikogruppe 1. Organismen, die unter bestimmten Bedingungen Krankheiten auslösen können, fallen in Risikogruppe 2. Solche, die hochgefährlich sind, fallen in Risikogruppe 3 (z.B. HIV oder Tuberkulose) oder Risikogruppe 4 (z.B. Ebola). Die Arbeitsschritte oder Tätigkeiten, bei denen Erreger anwesend sein könnten, werden in Risikoklassen 1 (niedrigste) bis 4 (höchste) eingestuft. Häufig entspricht die Klasse der Tätigkeit der Risikogruppe der Organismen. Anhand der Risikoklasse wird die Biosicherheitsstufe (Biosafetylevel; BSL) ermittelt, auf der gearbeitet werden muss. Für die Biosicherheitsstufen 1 (niedrigste) bis 4 (höchste) gelten wiederum spezifische Bestimmungen, in denen festgelegt ist, wie gearbeitet werden muss, um Personal und Umwelt zu schützen. Auf BSL-1 und BSL-2 überwiegen chemische Risiken normalerweise biologische Risiken und es gibt nur minimale bis moderate Sicherheitsvorkehrungen. Ab BSL-3 stellen biologische Gefahrstoffe ein hohes Risiko für das Personal und ein mindestens moderates Risiko für die Umwelt dar. Auf BSL-3 müssen Experimente (z.B. mit Anthrax- oder Tuberkulosebakterien) bereits in Laboren mit Unterdruck, filtrierter Abluft, Schleuse und Schutzkleidung durchgeführt werden (9).

In der Schweiz sind die Einschliessungsverordnung (ESV) und die Verordnung über den Schutz der Arbeitnehmer vor Gefährdung durch Mikroorganismen (SAMV) massgebend. Aktuell finden sich in keiner der beiden Verordnungen Bestimmungen bezüglich LAIs. Vor 2012 mussten LAIs laut SAMV gemeldet werden, was Labore jedoch nur selten taten, daher wurden die Bestimmungen bei der Revision gestrichen (12). Derzeit ist die Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA) die korrekte Meldestelle für LAIs und Meldungen sind freiwillig. Die Schweiz gesteht den Laborbetreibern und Biosicherheitsverantwortlichen damit eine hohe Eigenverantwortung zu und vertraut darauf, dass die hohen Anforderungen an Sicherheitsmassnahmen in Laboren umgesetzt werden (9). Zwar gibt es kantonale Inspektionen zur Überprüfung der Sorgfaltspfl icht in Laboren, doch diese finden je nach Ressourcen mehr oder weniger häufig statt und gehen aufgrund der Komplexität der Labore und ihrer Sicherheitsmassnahmen selten in die Tiefe.

Häufigkeit und Ursachen von LAIs
Erfahrungsgemäss folgt auf die Entdeckung und Isolierung eines neuen Erregers die Meldung einer LAI, die durch das neue Isolat ausgelöst wurde (8). Das Risiko einer Ansteckung ist beim Personal in Forschungs- und Entwicklungslaboren zwar meistens niedriger als beim Personal aus dem Gesundheitswesen, aber das Infektionsrisiko beider Gruppen ist im Vergleich zum Rest der Bevölkerung höher. Offenbar sind einzigartige Risiken mit Labor-Arbeitsplätzen verbunden (6). Daten zu Häufigkeit und Ursachen von LAIs sind rar. Durch akribische Datensammlung aus Publikationen, Fragebögen und Berichten von Meetings, internen Audits oder offi ziellen Ermittlungen (14, 15) kamen Forscher zu dem Schluss, dass LAIs meistens auf direktes Arbeiten mit dem Erreger selbst oder mit infizierten Tieren zurückgehen (3, 7, 16). Grösste Ansteckungsgefahr besteht bei:

  • Verletzungen der Haut durch Bisse und Kratzer oder mit scharfen oder spitzen kontaminierten Gegenständen
  • Inhalation von Aerosolen
  • Direktkontakt der Hände oder Handschuhe mit kontaminierten Flächen und anschliessendes Aufbringen von Erregern auf Schleimhäute
  • Einnahme von Erregern durch Essen, Trinken oder Rauchen im Labor und Mundpipettieren


Ebenfalls nicht zu unterschätzen sind persönliche Risikofaktoren: Einerseits das Immunsystem, andererseits individuelle Einstellungen, Sicherheitsbewusstsein und Verhaltensmuster. Die Tendenz zu riskanten Handlungen und Unachtsamkeit kann das Risiko von LAIs erhöhen (13).

Anzahl LAI-Fälle in der Schweiz
Beim Bund und den Vollzugsbehörden der Biosicherheit, werden mangels Meldungen derzeit keine Statistiken über LAIs geführt (12) und die Schweiz ist mit dieser Situation international nicht allein. Die meisten Staaten, darunter die USA, besitzen kein systematisches Meldeverfahren (13). Das US Department of Homeland Security schätzt, dass umgerechnet pro Jahr drei Laborinfektionsfälle pro 1000 Laborkräften auftreten (5, 17). Die SUVA und das Bundesamt für Gesundheit (BAG) nennen keine Zahlen, schätzen die Anzahl der Fälle in der Schweiz aber als sehr gering ein (4, 12). Ist diese Einschätzung zutreffend? Zwar besteht die Möglichkeit, dass Labore nur selten Meldungen machen, weil es kaum zu LAIs kommt. Doch es ist weithin anerkannt, dass LAIs «untermeldet» sind (13). Biosicherheitsexperten schätzen, dass etwa 50 Prozent der tatsächlichen Vorfälle nicht gemeldet werden (1, 2, 5). Dafür gibt es folgende Hauptgründe:

  • Unwissenheit, ob Proben infektiös sind und ob Risiken bestehen, z.B. Blut- und Gewebeproben in diagnostischen Laboren
  • Unklarheit, woher die Infektion des Personals gekommen ist, z.B. wenn derselbe Erreger, der im Labor untersucht wird, auch ausserhalb in der Bevölkerung vorkommt (2)
  • Infektionen werden nicht als LAIs erkannt, weil sie milde verlaufen oder atypische Infektionswege oder Inkubationszeiten aufweisen (13).
  • Scham und Angst vor negativen Konsequenzen für Betreiber oder Personal in den betroffenen Einrichtungen (13).


Die Häufi gkeit und Ursachen für LAIs in der Schweiz bleiben schwierig abzuschätzen. LAIs gänzlich zu ignorieren, kann fatale Folgen haben. Für Personal können gesundheitliche Spätfolgen entstehen (1). Ausserdem kann infi ziertes Personal seltene oder als ausgerottet geltende Krankheiten unter die Bevölkerung bringen.

Aktuelle Situation und Ausblick Momentane Sicherheitskonzepte müssen potenzielle Gefahren erkennen (Risikoanalyse) und das Potenzial für Exponierungen und Unfälle minimieren oder kontrollieren. Dabei müssen sich Betreiber und Personal von Biosicherheitslaboren auf die verfügbaren Informationen und ihre Kenntnisse von Pathogenität (die Fähigkeit, Krankheiten auszulösen), Übertragungsweisen und -wegen verlassen, um mit Krankheitserregern umzugehen und LAIs zu vermeiden. Ein Sicherheitsplan sollte folgendes berücksichtigen (13):

  • Kultivierung, Lagerung und Entsorgung von Mikroorganismen
  • Architektur, Technik, Infrastruktur
  • Personalschulung
  • Medizinische Überwachung des Personals


Vor allem im Bereich Life Sciences gibt es laufend Innovationen, die Laborbetreiber und Biosicherheitsexperten vor neue Herausforderungen mit unbekannten Risiken stellen. Es empfiehlt sich, das Sicherheitskonzept immer wieder zu prüfen und für alle neuen und nicht-Standardverfahren eigene Risikoanalysen zu machen. In Branchen der chemisch-pharmazeutischen Industrie in der Schweiz werden regelmässig alle relevanten Prozesse, Dokumentationen und Anlagen getestet und überprüft, um Produktsicherheit zu garantieren (9). Ein solches Prüfungsverfahren könnte auch von Biosicherheitslaboren adaptiert werden, um Personal und Umwelt zu schützen.

Quellen
1. Advisory Committee on Dangerous Pathogens (2003). Infection at work: Controlling the risks. PDF auf: www.hse.gov.uk/pubns/infection.pdf
2. Coelho, A. C. and Diez, J. G. (2015). Biological risks and laboratory-acquired infections: a reality that cannot be ignored in health biotechnology. Front. Bioeng. Biotechnol. 3:56
3. Center for Disease Control. (1971). Laboratory safety at the Center for Disease Control. DHEW publication no. (HSM) 72-8118. Public Health Service, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Atlanta
4. Dell’Era, Simone (9. Oktober 2017): Emailkorrespondenz. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt, Luzern, Schweiz
5. Gmünder, F. (18. September 2015). Biological Hazards and Lab-Associated Infections. Vortrag im Rahmen des Kurses „BSO BSL2“ des Curriculums Biosafety, Universität Bern, Schweiz
6. Kiley, M.P. (1992). Clinical laboratory safety, biohazard surveillance, and infection control, p 13-24. In R.C. Tilton, A. Balows, D.C. Hohnadel, and R.F. Reiss (ed.), Clinical laboratory medicine. Mosby-Year Book, Inc., St. Louis
7. Kozajda, A., Bródka, K., and Szadkowska-Stanczyk, I. (2013). Factors influencing biosafety level and LAI among the staff of medical laboratories. Med. Pr. 64, 473-486
8. Kruse, R. H., Puckett, W. H., and Richardson, J. H. (1991). Biological Safety cabinetry. Clin. Microbiol. Rev. 4: 207-241
9. Müller, D. (2010). Vertrauen ist gut – wären Kontrollen besser? Sicherheitsforum 6/10: 37-39
10. Petersen, W. (Regisseur) (1995). Outbreak [Kinofilm]
11. Pike, R. M. (1976). Laboratory-associated infections: summary and analysis of 3921 cases. Hlth. Lab. Sci. 13, 105-114
12. Roulin, S. (2. Oktober 2017). Emailkorrespondenz. Bundesamt für Gesundheit, Bern, Schweiz
13. Sewell, D.L. (1995). Laboratory-associated infections and biosafety. Clin. Microbiol. Rev. 8, 389-405
14. Sulkin, S. E., and Pike, R. M. (1949). Viral infections contracted in the laboratory. N. Engl. J. Med. 241: 205-213
15. Sullivan, J. F., Songer, J. R., and Estrem, I. E. (1978). Laboratory-acquired infections at the National Animal Disease Center 1960-1976. Health Lab. Sci. 15: 58-64
16. Traxler, R. M., Lehmann, M. W., Bosserman, E. A., Guerra, M. A., and Smith, T.I. (2013): A literature review of laboratory acquired brucellosis. J. Clin, Microbiol. 51, 3055-3062.
17. U. S. Department of Homeland Security (2008). National Bio and Agro-Defense Facility, Final Environmental Impact Statement. Volume II, Appendices A-H

EVENTS

Command Control CMD_CTRL

Europaweit richtungsgebende Summit für Cybersecurity

Datum: 03. - 04. März 2020

Ort: München (D)

MIDEST

Die globale Show für alle industriellen Lohnbearbeitungs-Know-how

Datum: 31. März - 04. April 2020

Ort: Lyon (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 10. - 12. März 2020

Ort: Stuttgart (D)

IKV-Kunststoffverarbeitung

International Colloquium Plastics Technology Recruiting - Networking - Innovating

Datum: 11. - 12. März 2020

Ort: Aachen (D)

AM Expo

Formen und Bauteile aus dem Drucker

Datum: 03. - 04. März 2020

Ort: Luzern (CH)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für Gedruckte Elektronik

Datum: 24. - 26. März 2020

Ort: München (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 31. März - 03. April 2020

Ort: München (D)

MedTech Summit

Kongress technologie- und marktrelevanten Themen aus der Medizintechnik- und Gesundheitsbranche

Datum: 31. März - 02. April 2020

Ort: Nürnberg (D)

Medtec Live

ein Joint Venture der MT-CONNECT und Medtec Europe

Datum: 31. März - 02. April 2020

Ort: Nürnberg (D)

Hannover Messe

Weltleitmesse der Industrie - Industrie 4.0 trifft Logistik 4.0

Datum: 20. - 24. April 2020

Ort: Hannover (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22. - 23. April 2020

Ort: Zürich (CH)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 21. - 24. April 2020

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

CEMAT

Internationale Ausstellung für Material Handling und Logistik

Datum: 20. - 24. April 2020

Ort: Hannover (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07. - 13. Mai 2020

Ort: Düsseldorf (D)

T4M

Die neue Messe für Medizintechnik in Stuttgart.

Datum: 05. - 07. Mai 2020

Ort: Stuttgart (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04. - 08. Mai 2020

Ort: München (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 26. - 28. Mai 2020

Ort: Bern (CH)

Schweizer Planertag

Treffpunkt der Planer, Ingenieure und Installateure

Datum: 27. Mai 2020

Ort: Campussaal Brugg (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 16. - 19. Juni 2020

Ort: München (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interantionale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 16. - 19. Juni 2020

Ort: Palexpo Genf (CH)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 21. - 24. Juni 2020

Ort: München (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 23. - 25. Juni 2020

Ort: Nürnberg (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 01. - 03. September 2020

Ort: Bern (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 29. September - 01. Oktober 2020

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 07. - 08. Oktober 2020

Ort: Lausanne (CH)

Fakuma

Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung

Datum: 13. - 17. Oktober 2020

Ort: Friedrichshafen (D)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 20. - 23. Oktober 2020

Ort: Zürich (CH)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 27. - 29. Oktober 2020

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 10. - 12. November 2020

Ort: Stuttgart (D)

Composites Europe

Europäische Fachmesse & Forum für Verbundwerkstoffe, Technologie und Anwendungen

Datum: 10. - 12. November 2020

Ort: Stuttgart (D)

electronica

Komponenten, Systeme, Anwendungen, Lösungen

Datum: 10. - 13. November 2020

Ort: München (D)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 16. - 19. November 2020

Ort: Düsseldorf (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 23. - 26. November 2020

Ort: Paris (F)

Compamed

Fachmesse für Produkte aus der medizinischen Vorproduktion

Datum: 16. - 19. November 2020

Ort: Düsseldorf (D)

BRAU Beviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 10. - 12. November 2020

Ort: Nürnberg (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 10. - 11. November 2020

Ort: Frankfurt am Main (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 01. - 03. Dezember 2020

Ort: Düsseldorf (D)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 10. - 11. Februar 2021

Ort: Zürich (CH)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 23. - 21. Februar 2021

Ort: Köln (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und für die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 05. - 06. Mai 2021

Ort: Hannover (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 14. - 18. Juni 2021

Ort: Frankfurt am Main (D)

Securite Lausanne

Die Schweizer Fachmesse

Datum: 16. - 18. Juni 2021

Ort: Zürich (CH)

Swiss Medtech Expo

Advanced Manufacturing

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 28. - 30. September 2021

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 21. - 23. September 2021

Ort: Basel (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 26. - 29. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 25. - 27. Januar 2022

Ort: Luzern (CH)

K Messe

Weltleitmesse für Kunststoff- und Kautschukindustrie

Datum: 19. - 26. Oktober 2022

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis