Bioterroryzm07.02.2009

autor: Marcin Sajek
słowa kluczowe: wirus, bakteria, wąglik, żywność, biotechnologia, gorączka krwotoczna

W XXI wieku w związku z rozwojem światowego terroryzmu realnym zagrożeniem staje się atak bioterrorystyczny. Broń biologiczna ze względu na niskie koszty produkcji jak i łatwą dostępność może być doskonałym narzędziem dla terrorystów.

Jak definiowany jest terroryzm?

Terroryzm definiowany jest jako: „nieuzasadnione lub bezprawne użycie siły bądź przemocy wobec osób lub mienia, aby zastraszyć lub wywrzeć przymus na rząd, ludność cywilną lub ich część, co zmierza do promocji celów politycznych lub społecznych”.
Bioterroryzm natomiast jest to: „wykorzystywanie czynników biologicznych (lub broni biologicznej) w celach terrorystycznych”.

Dlaczego BIO-terroryzm?

Jakie są zalety broni biologicznej dla terrorystów:
1.Niskie koszty wytworzenia.
Na podstawie analizy przeprowadzonej w 1969 r. przez ekspertów dla ONZ stwierdzono, że koszt wywołania tych samych strat w ludności cywilnej przy użyciu broni:

  • konwencjonalnej- wynosi 2000$/km2
  • atomowej- 800$/km2
  • chemicznej- 600$/km2
  • biologicznej- 1$/km2

2.Dostępność.
Wiele czynników biologicznych występuje naturalnie w środowisku (np. Bacillus anthracis, Francisella tularensis, Clostridium botulinum).
3.Produkcję można łatwo ukryć.
Może być prowadzona w zwykłym laboratorium lub zakładach przemysłu farmaceutycznego.
4.Masowość rażenia.
Szacuje się, że rozpylenie 100 kg wąglika nad Waszyngtonem w sprzyjających warunkach atmosferycznych doprowadziłoby do śmierci 300 tys.-3 mln osób. Dla porównania głowica atomowa o mocy 1 Mt zabiłaby ok. 700 tys.-1,9 mln ludzi.
5.Trudności z wykryciem ataku.
Sprzęt do wykrywania broni biologicznej w czasie rzeczywistym nie jest tak powszechny, jak rentgenoradiometry (np. DP-66, DP-70) do wykrywania promieniowania, czy przyrządy chemicznego rozpoznania  (np. PChR54M) do wykrywania bojowych środków trujących.
6.Łatwość rozprzestrzeniania się czynników zakaźnych.
Największe wady broni B, to natomiast:

  1. Skuteczność zależna jest od wielu czynników, np. warunków atmosferycznych.
  2. Trudności w przechowywaniu gotowej broni- preparaty biologiczne zachowują swą aktywność w ściśle określonych warunkach, nie zawsze są trwałe.
  3. Produkcja broni do celów ofensywnych niesie za sobą ryzyko skażenia środowiska i ludności cywilnej.
  4. Nie jesteśmy w stanie kontrolować użytej broni.

Jaki powinien być zatem idealny czynnik, który mógłby zostać użyty w ataku bioterrorystycznym:

  1. Tani i łatwy do wyprodukowania.
  2. Sprawdzony wcześniej jako broń biologiczna.
  3. Łatwo dający się rozpylić w postaci aerozolu.
  4. Odporny na działanie promieni słonecznych i temperatury.
  5. Wywoływać groźną lub śmiertelną chorobę.
  6. Łatwo się rozprzestrzeniać.
  7. Charakteryzować się wysoką zakaźnością.
  8. Wywoływana choroba powinna być trudna do leczenia.

CDC- Center of Disease Control and Prevention- wyróżniło 3 kategorie czynników, które mogą zostać użyte jako broń biologiczna.
Kategoria A obejmuje patogeny rzadko występujące w USA, które charakteryzują się wysoką zakaźnością, łatwą metodą rozsiewu, łatwą transmisją między ludźmi. Dodatkowo choroby przez nie wywoływane charakteryzują się wysoką śmiertelnością i zagrożeniem zdrowia publicznego. Ich użycie może wywołać panikę, poważne skutki społeczne, wymaga działań realizowanych przez rząd. Do kategorii A należą: Bacillus anthracis, Yersinia pestis, Francisella tularensis, toksyna Clostridium botulinum, wirus ospy prawdziwej, wirusy gorączek krwotocznych z rodzajów Filoviridae (Ebola, Marburg) i Arenaviridae (Lassa, Machupo).
Kategoria B to patogeny i czynniki charakteryzujące się umiarkowanie łatwą rozsiewalnościa, umiarkowana zachorowalnością i niską śmiertelnością. Ich użycie wymagałoby od władz wzmożonego nadzoru i rozszerzenia diagnostyki. Są to: Salmonella sp., Shigella sp., Escherichia coli 0157:H7, Brucella sp., Burgholteria pseudomallei, Chlamydia psitacci, Coxiella burnetti, Staphylococcus sp., Rickettsia prowazekii, Vibrio cholerae, Cryptosporidum parvum, rycyna, wirusy z rodzaju Alphaviridae wywołujące zapalenie mózgu.
Kategoria C to patogeny nowo pojawiające się, które mogą być obiektem manipulacji genetycznych oraz narzędziem w ataku biologicznym ze względu na dostępność, łatwość rozsiewania, duży potencjał powodowania wysokiej śmiertelności i wpływ na zdrowie publiczne. Są to: wirus Hanta, wirus Nipah, wirus żółtej febry, wielooporne szczepy Mycobacterium tuberculosis.

Scenariusze ataku bioterrorystycznego.

1. Atak jawny.

Podczas imprezy, która zgromadziła dużą ilość ludzi (koncert, impreza sportowa) terroryści ogłaszają, że nastąpił atak z wykorzystaniem czynników zakaźnych. Wybucha panika, wobec tego pierwsze ofiary śmiertelne pojawiają się, zanim wystąpią zachorowania. Wiadomo jednak, kto był uczestnikiem wydarzenia- można szybko podjąć kroki mające na celu ograniczenie rozprzestrzeniania się choroby i rozpocząć leczenie profilaktyczne, jak tylko pojawią się symptomy.

2. Atak ukryty.

Podczas imprezy sportowej, koncertu, który zgromadził tysiące osób terroryści uwalniają czynniki zakaźne. Czynniki biologiczne są bezbarwne i bezwonne. O incydencie, dowiemy się dopiero wtedy, kiedy nastąpią liczne zachorowania. Chorzy będą źródłem zakażenia innych osób. Profil zachorowań zaalarmuje epidemiologów - rozpocznie się dochodzenie epidemiologiczne.

Rozpoznanie ataku biologicznego.

Atak z użyciem broni atomowej czy chemicznej jest stosunkowo łatwy do wykrycia. W przypadku broni biologicznej wykrycie ataku jest dużo trudniejsze ze względu na:

  • nieswoiste symptomy chorobowe, objawiające się gorączką i ogólnie złym samopoczuciem, które mogą zostać uznane za objawy grypy;
  • do zarażenia może dojść inną drogą niż w przypadku naturalnego zakażenia danym czynnikiem - przypuszczanie droga wziewna lub skażenie żywności/ wody pitnej;
  • czynnik wywołuje obecnie rzadko występującą lub wyeliminowaną chorobę, z którą współcześnie wykształcony personel medyczny mógł się nie zetknąć w praktyce (wąglik, ospa);
  • czynnik wywołuje rzadko występującą na danym terenie chorobę, z którą współcześnie wykształcony personel medyczny mógł się nie zetknąć w praktyce (wąglik, dżuma, tularemia, gorączki krwotoczne);
  • użycie genetycznie modyfikowanego szczepu o nowych cechach wirulentnych, które zmienią obraz kliniczny.

Czy możemy rozpoznać atak biologiczny przed pojawieniem się zachorowań?
Dysponujemy pewnymi systemami detekcji. W przypadku ataku aerozolowego są to np. system LRBSDS (Long Range Biological Standoff Detection System), przeznaczony do wykrywania chmury aerozolowej w promieniu 30 km. Wyposażony jest w transmiter laserowy na podczerwień, teleskop odbiorczy i detektor. System ten nie jest jednak w pełni automatyczny. Napotykano na problemy z odbieraniem sygnałów, które były często zakłócane, co było znaczną niedogodnością detekcyjną. Jego udoskonaleniem jest system JBSDS (The Joint Biological Standoff Detection System) - w pełni zautomatyzowany system mogący monitorować ruch chmury aerozolowej. Posiada on zdolność rozróżniania obłoków biologicznych od niebiologicznych, stwarza możliwość wczesnego ostrzegania i raportowania. Projektem, umożliwiającym nie tylko detekcję, ale i identyfikację czynnika biologicznego jest IBADS (The Interim Biological Agent Detection System). Jest to system półautomatyczny, który posiada koncentrator aerozolu oraz aerodynamiczny miernik cząstek. Do identyfikacji mikroorganizmów wykorzystano testy immunochromatograficzne. Technologia tego systemu jest tania i pozwala na wykonanie wstępnej identyfikacji patogenów. JPS (The Joint Portal Shields) jest pierwszym wysoce zautomatyzowanym systemem udoskonalonym dzięki sieci sensorów zwiększających czułość wykrywania. Wszystkie operacje tego systemu kontrolowane są przez centralny komputer. Aerozol po koncentracji i charakterystyce fizycznej jest następnie poddawany automatycznej analizie metodami immunochromatograficznymi, przy zdolności identyfikacji 8 czynników biologicznych w ciągu 25 minut. Kolejnym systemem detekcyjnym i identyfikacyjnym jest system JBPDS (The Joint Biological Point Detection System) zbudowany z dwóch modułów. W porównaniu do poprzedniego, charakteryzuje się znacznie wyższą czułością i swoistością. Stwarza możliwość wykrywania obecności biocząstek w ciągu 60 sekund, posiadając zdolność identyfikacji 10 mikroorganizmów w ciągu 20 minut. Istnieją także systemy zdolne do szybkiego analizowania danych, łącznie z generowaniem sygnału alarmowego, przesyłania danych do centrów dowódczych. Przykładem może być tutaj system FLAPS (Fluorescence Aerodynamic Particle Sizer), dokonujący szybkiej analizy rodzaju aerozolu, kształtu i koncentracji. Urządzenia tego typu zastosowano w badaniach przesyłek podejrzanych o obecność zarodników B. anthracis w niektórych urzędach pocztowych USA.

Atak może być również przeprowadzony za pomocą żywności lub wody albo metodami niekonwencjonalnymi. Wtedy jako technikę detekcji możemy wykorzystać np. luminometrię (metoda oparta na zasadzie wykrywania emitowanego światła powstającego przy enzymatycznym rozkładzie ATP). Przykładem jest system PROFILE, który pozwala na odróżnienie komórek eukariotycznych od priokariotycznych. Dzięki odpowiednim urządzeniom dodatkowym pozwala on na badanie zanieczyszczonych powierzchni, żywności, wody, powietrza itp. Umożliwia również szybkie wykrycie obecności w badanych próbkach przetrwalników bakteryjnych. W Polsce w Wojskowym Instytucie Higieny i Epidemiologii opracowano i wdrożono do stosowania Polowy System Wykrywania Zanieczyszczeń Bakteryjnych (PSWZB) oparty także na luminometrii. Do detekcji czynników biologicznych możemy użyć także biosensorów. W technikach biosensorowych przy poszukiwaniu, np. antygenów stosuje się często sensory światłowodowe opłaszczone przeciwciałem. Kompleks powstały po związaniu się przeciwciała z poszukiwanym antygenem wykrywany jest przeciwciałem znakowanym barwnikiem fluorescencyjnym. Dzięki wiązce światła laserowego następuje silne wzbudzenie znacznika w miejscu reakcyjnym, dając sygnał rejestrowany przez detektor. Dzięki temu oznaczenia można prowadzić w próbkach „brudnych". Oparty na tej koncepcji system Analyte 2000 może identyfikować za pomocą czterech sond, 4 próbki jednocześnie. Czułość testu wynosi od 3 do 30 bakterii/ml, a czas wykonania analizy 20 minut. Rozwinięciem powyższej koncepcji jest RAPTOR, w pełni zautomatyzowany, przenośny system, w którym podwyższono czułość oznaczeń i skrócono czas identyfikacji. Zastosowano w nim wymienne bloczki wielokrotnego użycia, którymi przepływa materiał badany. System ten pozwala na wykrywanie zarówno bakterii i ich toksyn, jak i wirusów. Urządzenie może pracować w systemie ciągłym w połączeniu z kolektorem próbek powietrza. Technologią pozwalającą na równoczesne przeprowadzenie badań materiału genetycznego jest system RAPID. Pozwala on na identyfikację patogenów metodą real time PCR z wykorzystaniem zjawiska FRET. Aparat jest prosty w obsłudze, wymaga jedynie dokładności w przygotowaniu próbek do badań. Na uwagę zasługuje jego połączenie z systemem wczesnego ostrzegania „Leaders" (Lightweight Epidemiology Advanced Detection and Emergency Response). Oprócz w/w metod do detekcji czynników biologicznych w próbkach środowiskowych czy żywnościowych możemy wykorzystać metody immunochromatograficzne (np. w czytniku Guardian), spektrometrię masową, cytometrię przepływową, chipy DNA czy różne modyfikacje techniki PCR.
Jednak przy dobrze zaplanowanym ataku bioterrorystycznym, żaden z w/w systemów może nie wykryć zagrożenia i o ataku dowiemy się dopiero w momencie wystąpienia zachorowań.
Jakie sytuacje mogą świadczyć o ataku ukrytym (wykaz według CDC po przystosowaniu do aktualnej sytuacji w Polsce):

  • duża liczba niewyjaśnionych zachorowań, zespołów chorobowych lub zgonów w zbliżonym czasie o podobnym obrazie klinicznym, dotyczących w szczególności występowania zmian na skórze i/lub błonach śluzowych, objawów uszkodzenia układu nerwowego, układu oddechowego; przewodu pokarmowego lub uszkodzeń wieloukładowych;
  • pojawienie się niezwykłych chorób wśród ludności;
  • nagły, nieoczekiwany wzrost zachorowalności i umieralności z powodu znanych chorób lub zespołów;
  • zaobserwowanie nieskuteczności leczenia w rutynowej terapii występujących powszechnie chorób;
  • nawet pojedynczy przypadek choroby spowodowany egzotycznym czynnikiem, u osoby, która nie opuszczała Polski w ostatnim okresie;
  • wystąpienie zachorowań w nietypowym dla nich sezonie i terenie geograficznym;
  • wystąpienie licznych nietypowych dla danego czynnika zakaźnego objawów chorobowych;
  • podobne genetyczne typy czynników etiologicznych wyizolowanych z różnych odległych w czasie i terenie źródeł;
  • niezwykły, atypowy czynnik zakaźny genetycznie zmodyfikowany lub uzyskany z nieczynnych źródeł;
  • niewyjaśniony wzrost zachorowań na chorobę endemiczną;
  • wystąpienie jednoczesne zachorowań na podobne choroby w ogniskach nie połączonych terytorialnie w kraju lub zagranicą;
  • nietypowy sposób transmisji chorób (aerozol, woda, żywność).

Biotechnologia a bioterroryzm.

Techniki biologii molekularnej używane w biotechnologii mogą okazać się bardzo niebezpiecznym narzędziem w rękach terrorystów (tzw. czarna biotechnologia). Dzięki inżynierii genetycznej jesteśmy w stanie stworzyć organizmy o nowych cechach (np. bakterie oporne na większa liczbę antybiotyków). W 1997 r. naukowcy z byłych radzieckich laboratoriów zajmujących się bronią biologiczną opublikowali wyniki badań nad przeniesieniem genu cereolizyny AB z Bacillus cereus do wirulentnego Bacillus anthracis. Rosjanie podali, że ich własna żywa szczepionka wąglikowa (STJ-1) nie stanowi skutecznej ochrony przeciw nowemu szczepowi bakterii. Zmodyfikowana bakteria ma zachowaną stabilność B. anthracis, ale wytwarza nową toksynę i wywołuje syndrom chorobowy, którego mechanizm powodujący śmierć u zwierząt jest niepodobny do wywoływanego przez B. anthracis. Jedynie cechy fizyczne tej bakterii, jako czynnika broni biologicznej, pozostają te same. Badania nad obroną przed bronią biologiczną są zawsze trudniejsze niż badania nad programami ofensywnymi. Można jedynie mieć nadzieję, że terroryści nie będą dysponowali laboratoriami oraz wykwalifikowaną kadrą naukową do dokonywania modyfikacji genetycznych mikroorganizmów, ani źródłem, z którego takie mikroorganizmy mogliby pozyskać.

Bibliografia:

  1. julia.univ.gda.pl
  2. Center of Disease Control and Prevention www.bt.cdc.gov
  3. Chomiczewski K. „Zabezpieczenie Polski przed atakiem bioterrorystycznym”; Przegląd Epidemiologiczny; 2003;57; 363-368
  4. Bartoszcze M. „Metody wykrywania zagrożeń bronią biologiczną”; Przegląd Epidemiologiczny; 2003;57; 369-376
  5. Lim D. V. et al. „Current and Developing Technologies for Monitoring Agents of Bioterrorism and Biowarfare”; Clinical Microbiology Reviews; Oct. 2005; 583–607
  6. Pomerantsev A. P. et al. “Expression of cerolysin AB genes in Bacillus anthraciss vaccine strain ensures protection against experimental hemolytic anthrax infection”; Vaccine; 1997; 15:1846-50

Być może zechcesz przeczytać artykuły poświęcone takim zagadnieniom jak: borelioza- choroba kontrowersyjna, wąglik czy wykorzystanie bakterii w terapii nowotworów.

ISSN 1689-7730