Biologické zbraně I

Autor : Radek Havelka / Admin 🕔07.04.2003 📕28.899

Poznámka na začátek: v následujícím textu se objevuje označení agent, nepředstavujte si pod tím např. slavného 007 James Bonda, ale látku či organismus biologické zbraně.

V celé historii infekční onemocnění vzniklá přirozeně měla významný dopad na vojenské operace. Úmyslné šíření choroby dalo nový rozměr hrozbě, která je vyvolána infekčními a toxickými agenty tradičně přenášenými jen přirozeným způsobem. Bojové biologické prostředky byly údajně použity v malém rozsahu během nedávných vojenských konfliktů (například rozptyl bacilů moru během druhé světové války a použití trichothecinu (toxin produkovaný houbami) („žlutý déšť“) v jihovýchodní Asii) nicméně jejich použití se ve skutečnosti datuje již od starověku.

Kvalitativní a kvantitativní dopad biologické války a její hrozba na vojenské jednotky a lidská společenství se výrazně změnily během posledních 20 let. Zlepšené výrobní techniky umožnily výrobu více virulentních organismů a genetickou modifikací získaly nepatogenní organismy patogenní ráz. Následky genetického inženýrství pro chemickou a biologickou válku jsou dalekosáhlé. Genetické inženýrství poskytuje potenciál pro zlepšení virulence začleněním genů (specifické části DNA) umožňujících zvýšení produkce patogenu nebo toxinu. Až 100x více patogenu nebo toxinu, než kolik by produkovala jedna buňka normálně, může být vyprodukováno. Buňky, které normálně toxin neprodukují, mohou být pozměněny, aby jej produkovaly. Naopak známé patogeny nebo toxiny mohou být geneticky upraveny a „znehodnoceny“ pro vývoj vakcíny jako protiopatření proti těmto zbraním. Buňky také mohou být upraveny k produkci látek pro přímou pasivní imunizaci proti specifickým infekčním agentům. Stejně jako u lidského imunitního systému, i v tomto případě mnoho současných identifikačních přístrojů závisí na reakci s antigenem pokrývajícím povrch choroboplodné bakterie nebo viru. Proto modifikované nepatogeny mohou být použity pro zamaskování agentu před detektorem založeným na imunitní reakci a tím i před lidským imunitním systémem s cílem zvýšit efektivnost agenta.

Všeobecná odolnost a funkčnost patogenu v okolním prostředí pod vlivem tlaku, teploty, UV záření a sucha může být také geneticky vylepšena s cílem zlepšit stabilitu během šíření. Výživné přísady jsou použity pro zvětšení šance na přežití vybraných bojových biologických prostředků v aerosolech. Je tedy možné kontrolovat a udržovat odolnost patogenu ve specifických prostředích. Velké možnosti také skýtají takzvané „podmíněné sebevražedné geny“, které „naprogramují“ buňky v organismu k tomu, aby po daném počtu replikací umřely. Takto zasažená oblast může být v daném časovém intervalu bezpečně obsazena.

Bojové biologické látky, které mohou být použity jako zbraně, se rozdělují do několika skupin:

Baktérie

Baktérie jsou malé, volně žijící organismy, z nichž většina může být pěstována v tekutém či pevném živném prostředí. Tyto organismy se skládají z jádra, cytoplasmy a buněčné membrány a reprodukují se buněčným dělením. Jimi vyvolané nemoci jsou léčitelné antibiotiky.

Viry

Viry jsou organismy, které potřebují živé buňky pro svou reprodukci. Jsou proto na těchto buňkách přímo závislé. Nemoci, které vyvolávají, se obvykle nedají léčit antibiotiky, ale jsou někdy citlivé na antivirové prostředky, kterých je ale k dispozici omezený počet a které ne vždy pomůžou.

Rickettsie

Rickettsie jsou mikroorganismy který mají charakteristické rysy obou předchozích, tedy bakterií i virů. Mají metabolické enzymy a buněčné blány jako bakterie, zpracovávají kyslík a jsou citlivé na široké spektrum antibiotik. Virům se podobají v tom, že žijí pouze uvnitř živých buněk.

Chlamydie

Chlamydie jsou vnitrobuněční cizopasníci, kteří nemají vlastní zdroj energie. Stejně jako bakterie jsou citliví na širokospektrální antibiotika. A stejně jako viry potřebují živou buňku pro množení.

Houby

Houby jsou jednoduché rostliny, které nepoužívají fotosyntézu, ale jsou schopny anaerobního růstu, získávají výživu ze svého hostitele. Většina hub se šíří výtrusy. Tyto výtrusy jsou součástí biologických zbraní. Choroby z hub reagují na různá bakteriostatika.

Toxiny

Toxiny jsou jedovaté látky produkované či odvozené z živých organismů, případně vyrobené či pozměněné chemicky. Jed může být eliminován pomocí séra či pomocí určitých farmakologických agentů. Mezi rysy, které řadí toxiny mezi bojové látky, patří nakažlivost, virulence, jedovatost, schopnost zabíjet a stabilita. Unikátní je schopnost v těle oběti se množit, čímž svůj efekt zvýšit.

Biologické hrozby vzešlé z lidské aktivity

A – Náhodné

Civilní výzkum a vývoj nebezpečných patogenů a genetická modifikace organismů, která má někdy za následek nepříznivé vedlejší efekty a/ nebo náhodný únik nebezpečného materiálu do okolního prostředí.

B – Úmyslné

1 - Vojenský či civilní výzkum s cílem vyrobit ofenzivní biologické zbraně. Skládá se ze dvou částí – patogenu a „dopravního prostředku

A – low end systém – patogen, často snadno získatelný patogen či jeho biotoxin a např. jednoduchá skleněná nádoba,

B – high end systém – jakýkoliv přirozený či upravený patogen (upravený pro vyšší virulenci a schopnost přežít v nepříznivých podmínkách) a kvalitní systém pro šíření, např. rakety,

C – šíření pomocí živého organismu – rostliny, zvířata či lidé nakažení úmyslně s cílem vyvolat šíření nemoci,

2 - Komerční výzkum či výroba

A - úmyslná infekce s cílem vyvolat šíření nemoci,

B – úmyslné porušení pravidel a zákonů s vědomím, že toto může vyvolat šíření nemoci (používání použitých stříkaček apod.).

Nemoci živočišného původu

Je známo, že některé nemoci pocházejí od zvířat, a to jak přirozeně, tak vědeckým vývojem. Mezi tyto nemoci patří Sin Nobre, hemorragické horečky, jako je Marburg, Ebola, Lassa. Jako další jsou nemoci, které postihují jak zvířata, tak i lidi, jako je např. vzteklina. Mezi nejnovější nemoci z této oblasti patří virus ze Západního Nilu, který byl objeven v USA a který zabíjí divoké ptactvo a způsobuje nemoci lidem; virus Nipah, který se objevil v Malajsii, kde zabíjí prasata i lidi; a virus Hendra z Austrálie, kde se jeho obětí kromě lidí stávají i koně.

Fáze vývoje a výroby

Kroky pro vývoj a výrobu biologické zbraně jsou výběr odpovídajícího organismu, velkovýroba z malého počátečního množství a stabilizace organismu.

Vývoj moderní biotechnologie za posledních 25 let velmi ovlivnil vývoj biologických zbraní. Umožnil totiž vývoj agentů se zvýšenou virulencí a stabilitou, zaměření organismů na cílovou populaci, osobní ochranu před účinky agentu, vývoj patogenních organismů z původních nepatogenů s cílem znesnadnit detekci, modifikaci imunitního systému cílové populace s cílem zvýšit či snížit odolnost proti agentům a nakonec i vývoj senzorů schopných detekovat jednotlivé molekuly povrchu biologických agentů. Technologie, které toto vše umožňují, jsou fermentace a pěstování buněk, výběr organismů, zapouzdření a pokrytí pomocí biopolymerů, genetické inženýrství, aktivní či pasivní imunizace nebo léčba za použití biologicky upravených látek, genové databáze, znalost DNA sekvencí, rychlý vývoj genových sond a schopnost umístit tyto části genů do reprodukčního řetězce.

Nové technologie zaměřené na biologické zbraně se vyvíjejí velmi rychle. Technologie genetického inženýrství existuje od 80. let 20. století. Schopnost modifikovat geny se za poslední roky změnila mnohonásobně, čemuž dozajista napomohly i změny a vývoj informačních technologií, počítačového vybavení a propojení vývojových týmů.

Rychlost rozvoje do určité míry odráží množství národních investic do této oblasti. Vládní výdaje USA do této oblasti v roce 1994 činily 4 miliardy dolarů, soukromý sektor investoval dokonce 7 miliard dolarů. Farmaceutický průmysl je závislý na biotechnologii při vývoji nových a účinnějších léků.

Nové technologie, jakou je např. genetické inženýrství, se využívají více než k vývoji superagentů k zlepšení jejich výroby, uskladnění, přežití a ztížení jejich detekce.

Vzorky biologických látek jsou běžně k získání přímo v přírodě, v průmyslových zemích a některých rozvojových zemích. Nedávné propuknutí Eboly v Africe a Hanta viru v Asii a Severní i Jižní Americe to jen dokazují. Navíc se dají tyto látky získat v národních archivech, jako je např. American Type Culture Collection ATCC nebo obdobné evropské sbírky. Nejrozvinutější národy vyrábějí vybavení a materiály potřebné pro výrobu, skladování, čištění a kontrolu kvality takovýchto vzorků.

Výroba biologických zbraní může být snadno skryta za výrobou látek pro farmacii, potravinářský a kosmetický průmysl. Zatímco laboratorní vývoj dostačuje pro teroristické skupiny, výroba ve velkém může být realizována v obojetných zařízeních. Veškeré zařízení pro tuto výrobu má vícero použití, a je tedy volně dostupné na mezinárodním trhu. Přestože typická linka na vakcíny stojí zhruba 50 milionů dolarů, méně složité fermentační zařízení schopné produkovat biologické zbraně se dá koupit již za 10 milionů dolarů.

Termín ochranná nádoba je používán pro prostředí, ve kterém se pracuje s biologicky nebezpečnými látkami. Primární ochrana personálu a interního laboratorního prostředí je zajištěna ochrannými obleky a dalším bezpečnostním vybavením. Sekundární ochrana externího prostředí je zajištěna konstrukcí laboratoří a dodržováním postupů a pravidel. Pro účely práce s biologicky nebezpečnými látkami byly definovány 4 úrovně zabezpečení:

BL-1 – Biosafety level 1 – bezpečností úroveň 1

Vhodná pro práci s dobře známými látkami a agenty, kde nehrozí žádné či malé nebezpečí pro personál a prostředí. Laboratoř nemusí být nutně oddělena od ostatních frekventovaných částí budovy. Práce se realizuje na otevřených stolech při standardních mikrobiologických postupech. Zvláštní ochranná místnost není vyžadována. Takovéto laboratoře najdeme v městských laboratořích pro testování vody, na středních a některých vysokých školách.

BL-2 – Biosafety level 2 – bezpečností úroveň 2

Vhodná pro práci s agenty či středně nebezpečnými látkami. Patří sem agenty způsobující nemoci po vdechnutí, vstříknutí jehlou, požití, vstřebání, ale které jsou bezpečné při použití dobrých laboratorních technik. U této úrovně se doporučuje zvláštní ochranná místnost.

BL-3 – Biosafety level 3 – bezpečností úroveň 3

Vztahuje se na klinické, diagnostické, vzdělávací a výzkumné instituce nebo výrobní závody a zahrnuje agenty, které mohou způsobit vážné či smrtelné choroby jako následek vdechnutí. Všechny procedury s manipulací s tímto materiálem se musí provádět v bezpečnostních schránkách či místnostech nebo personálem v bezpečnostních oblecích a s vybavením. Laboratoř musí být speciálně vybudována a vybavena. Větrací systém musí obsahovat filtry a funguje tak, že žene „čistý“ vzduch proti „kontaminované“ oblasti. Zvláště citlivé částicové filtry dokáží zachytit až 99,97% částic o velikosti 0,3 mikronu a více, což znamená, že všechny mikrobiologické agenty zůstanou zachyceny v tomto filtru. Místnosti s BL-3 jsou určeny pro práci s většinou biologických zbraní.

BL-4 – Biosafety level 4 – bezpečností úroveň 4

Určena pro práci s látkami a agenty vysoce nebezpečnými. V USA jsou dvě takovéto laboratoře používané americkou armádou, a to Fort Detrick v Marylandu a Centrum pro výzkum a prevenci nakažlivých chorob v Atlantě. Laboratoř je buď samostatná budova, nebo v ochranné zóně uvnitř budovy, které je kompletně oddělena od ostatních oblastí budovy. Stěny, podlahy a stropy laboratoře tvoří vnitřní kryt, který obsahuje dezinfekci a je hmyzutěsný. Větrací systém je na bázi necirkulujícího vzduchu a je vyvážen tak, aby vzduch cirkuloval z méně ohrožené části místnosti do více ohrožené. Veškeré úkony jsou prováděny v podmínkách stejných jako pro BL-2 a BL-3, ale personál musí být oblečen v ochranných oblecích zajištujících základní podmínky k životu. Laboratoře jsou vybaveny vstupem s šatnou a dekontaminační místností, obleky z laboratoře zůstávají uvnitř. Některé oblasti mohou vyžadovat osobní ochranu pomocí obleku jako na úrovni BL-3. Vzduch z oblasti je filtrován dvojitými filtry, veškeré vybavení je dodáváno pomocí přetlakových a dekontaminačních komor. Mezi viry, které se zkoumají na úrvni BL-4, patří hemorragické horečky, Ebola, Junin, Kumlinge, Lassa, Machupo, Marburg, Omsk, ruská jarní-letní encefalitida a komplex viru Tickbornovy encefalitidy (Absettarov, Hanzalova, Hypr).

Vzhled výrobního zařízení poskytuje důležité informace o tom, zdali je určeno pro farmaceutický či obranný vývoj nebo pro produkci ofenzivních biologických látek. Mezi hlavní indikátory patří ochranné nádoby, filtrační zařízení, čističky, sterilizační vybavení a ventilační a filtrační systém.

Zpracování biologického materiálu také mnoho napoví. Je velký rozdíl mezi zpracováním pro vojenské účely a zpracováním na protilátky či jiné. Při vývoji pro vojenské účely je třeba důkladného ochranného systému, aby chránil okolní prostředí před nebezpečnými látkami uvnitř.

Při vývoji látek na obranu, jako jsou vakcíny, antibiotika a antivirové látky, je ochrana mířena spíše opačně, aby se vyráběné látky nekontaminovaly z vnějšího prostředí.

Efekt protilátek je zvýšen dosažením vysoké úrovně čistoty. Naopak „nečistý“ agent pro použití v biologických zbraních je nebezpečnější než jeho „čistá“ verze použitá pro vývoj protilátek.

Vývoj bojových agentů vyžaduje fermentory nebo zařízení pro produkci jednotlivých buněk, a to včetně vysoce čistého nerezového povrchu. Velký rozdíl mezi biologickými zbraněmi a obranými látkami leží v ochranné nádobě a kontaminaci. Během vývoje zbraní je třeba zabránit kontaminaci prostředí zbraní, menší důraz je kladen na kontaminaci samotné látky. Naopak při farmaceutickém vývoji je důraz kladen na čistotu a kvalitu výrobku. Toto vše se odráží na vybavení, které pracuje buď s negativním, nebo pozitivním tlakem a na ventilačním systému. Pro farmaceutické účely je třeba sterilního vzduchu, čisté páry z čisté vody a dodávek inertních plynů. Veškeré vybavení, které přijde do styku s produktem, musí být dokonale sterilní. To je provedeno horkou párou. Zároveň je třeba zabránit srážení vody, které by umožnilo růst bakterií a snížilo vysokou teplotu nutnou pro sterilizaci. Odvedená voda musí být sbírána a dekontaminována před tím, než opustí laboratoř. Celé toto zařízení potřebuje vysokotlaké komponenty a ventily.

Práce s inertními plyny je další z používaných metod, která ochraňuje biolátky citlivé na kyslík a zabraňuje tvorbě aerosolu z toxických látek. Interní plyny jako helium a argon se obvykle přivádějí až k látce pomocí tlakového systému vytvářejícího ochranný obal kolem látky při zpracování.

Pro zajištění větší bezpečnosti při manipulaci se v mnoha laboratořích uplatnila automatizace. Je tím eliminována možnost kontaminace produktu, ohrožení člověka nebezpečnou látkou a lidské selhání. Zařízení jsou ovládána počítačem nebo dálkově, data jsou zaznamenávána a vyhodnocována.

Další součástí biozpracování je větrací systém v rámci primární a sekundární oblasti, který je zajištěn pomocí membránových filtrů a složitým ventilačním mechanismem.

Procedura použitá pro výrobu organismu je funkcí organismu samotého – množení. Toto zahrnuje buněčné kultury, fermentaci, virovou replikaci, rekombinaci DNA, přeměnu na prach a mletí. Buněčné kultury jsou potřebné pro produkci patogenních virů a rickettsií, protože ty nejsou schopné přežít mimo buňku. Pro toto se používají slepičí embrya nebo tkáňové kultury.

Některé bakterie mohou být kultivovány pomocí živých zvířat, ostatní pomocí různých inkubátorů. Rekombinace DNA je metoda produkce vzácných zvířecích toxinů, vzhledem ke své složitosti není tak rozšířená jako ostatní. Mletí a přeměna na prach se používají pro výrobu biologických zbraní – částeček o velikosti méně než 10 mm, což je velikost ideální pro šíření vzduchem a dýchacími cestami.

Toxiny a patogeny, které útočí na zvířata, jako je antrax, brucella, mor a tularémie, jsou velmi rozšířené. Vakcíny se produkují a rozšiřují ve velkém. Potřeba vlastnictví těchto agentů je buď snaha o vývoj biologických zbraní, nebo vývoj vakcíny za využití obojetnosti výrobních zařízení. Proto úvodní kroky vývoje biologické zbraně a vakcíny se liší jen v několika detailech, jako je například úroveň čistoty a typ ochranné nádoby.

Druhý díl o způsobech šíření a o jednotlivých zbraních bude následovat během několika dní.

Autor : Radek Havelka / Admin 🕔07.04.2003 📕28.899

Komentáře Disqus

Komentáře Facebook

Sociální sítě

Reklama

Poslední komentáře