Биологични оръжия – минало и бъдеще

Биологичните оръжия произлизащи от биологични материали се смятат за оръжия за масово унищожение или по-точно оръжия за нанасяне на масови щети. Биологичното оръжие може да се състои от четири компонентна система: товар, боеприпаси, система за доставяне и система за разпръскване (Eitzen et al, 1998). Товарът е биологичен материал съдържащ инфекциозен агент (патоген) или токсин продуциран от бактерия, растение или животно. Боеприпасите служат като контейнер на товара, който да запази неговата потентност. Системата за доставка може да бъде ракета, превозно средство (самолет, лодка, автомобил и т.н.) или артилерийски снаряд, който да транспортира товара към дадена цел. Системата за разпръскване (дисперсия) чрез експлозивна сила или друг метод осигурява разпространението на агента.

Въпреки, че списъкът от потенциални агенти е огромен тези, които могат да нанесат огромна щета по въздушно-капков път са значително по-малко (Burrows et al, 1998). Възможните инфекциозни агенти, които могат да бъдар използвани включват причинителя на антракс (Bacillus anthracis), причинителя на чумата (Yersinia pestis), причинителя на туларемията (Francisella tularensis), причинителя на енцефалит (Venezuelan equine encephalitis virus), вируси причиняващи хеморагични трески и вариола вирус. Възможните токсини включват ботулинов токсин от Clostridium botulinum, рицин от заърна от Ricinus communis, микотоксини от Fusarium, Myrotecium, Trichoderma, Stachybotrys и други филаментозни гъби, стафилококов ентеротоксин от Staphylococcus aureus и токсини от морски обитатели. Ако тези агенти бъдат доставени успешно до крайната цел, ще настъпи летален  край. Например агентът причиняващ антракс най-вероятно ще причини смърт на крайната цел, ако е доставен успешно. Coxiella burnetii (причинителят на Q треската), стафилококовият ентеротоксин B и Венецуелския енцелофалитен вирус се считат като обезвреждащи агенти. При военни условия поняга обезвреждащите агенти са доста по-ефикасни от леталните, тъй като жертвите няма да могат да извършват задълженията си, ще изпозлват оскъдната медицинска помощ и най-вероятно ще трябва да се евакуират.

Биологичните оръжия не са нещо ново, но технологиите на производство и доставяне се развиват непрекъснато. От хиляди години биологичните агенти са достъпни като инструменти във войната за всяване на страх и ужас в уязвими популации.  Но като цел на атаката не е задължително да бъде само човешката популация. Животнтие и дори растенията са също потенциална цел. За да стартират епидемия от чума по време на обсадата на Кафа през  14-ти век, атакуващите татарски сили катапултират телата на мъртвите войници в града. По време на Френската и Индианска война (1754-1767 година), Британците използват едрата шарка срещу племена от местното (индианско) население. На 24-ти юни 1763 година британците дават на индианците  заразени с вируса одеала и носни кърпички, за да намалят числеността на „агресивното местно население“ (Christopher et al,  1997).
През Първата световна война Германия създава план да зарази фуражи и селскостопански животни за експорт, които са били предназначени за съюзническите сили. Планирали са и да заразят овце от Румъния с B. anthracis и Burkholderia mallei, които щели да бъдат експортирани в Русия. Германски саботьори опериращи в Месопотамия е трябвало да инокулират 4500 мулета и коне с B. mallei, които са били предназначени за френската кавалерия (Eitzen et al, 1997). Добитък от Аржентина, предназначен за Съюзническите сили през 1917-1918 е бил инфектиран с B. anthracis и B. mallei, което е довело до смъртта на повече от 200 мулета (Christopher et al, 1997).

Япония е извършвала експерименти с биологични оръжия в Манхурия от 1932 до 1945 година (Williams et al, 1989).  В не много известния Отдел 731, в  изследователски център за биологични оръжия в близост до Пинг Фан са били инжектирани затворници с B. anthracis, Neisseria meningitides, Shigella sp., B. mallei, Salmonella typhosa, Vibrio cholera, Y. pestis и други болестотворни агенти (Harris et al, 1995). В допълнение са били атакувани и няколко китайски града с подобни биологични агенти. Японците са инфектирали питейни и хранителни източници с B. anhracis, Shigella sp., Salmonella sp., V. cholera и Y. pestis. Болестотворни култури са били изхвърляни и директно в домовете на хората или са били пръскани с аерозоли чрез летателни апарати. В лабораторни условия са били култивирани потенциално болестотворни мухи – около  15 милиона такива са били пускани при всяка въздушна атака. Поради неадекватна подготовка, тренировка и/или липса на подходящо оборудване на японците, кампанията Чекианг през 1942 г. води до около 10 000 заразени и 1700 жертви от страна на японската армия – повечето са заразени и умират от холера, а някои от дизентерия и чума (Williams et al, 1989).

Затворници в нацистките концентрационни лагери са били насислтвено инфектирани с Rickettsia prowazekii, Rickettsia mooseri, хепатит А вирус и Plasmodium spp. Освен това са третирани с експериментални лекарства и ваксини (Mitscherlich et al, 1962). Немците заразяват голям резервоар в северозападна Бохемия с материал от канализацията. За да отвърнат на немските опити с биологични оръжия, британците се опитват да създадат експлозив, който да разпръсква спори на B. anthracis. Опитите са били извършени в близост до бреговете на Шотландия през 1941 и 1942 година, като в резултат е имало жизнеспособни спори в продължение на 45 години след Втората световна война. Наложило се е островът да бъде третиран с формалдехид и морска вода през 1986 година, за да бъде безопасен (Manchee  et al, 1988).

Военната биологична програма на САЩ стартира през 1943 година в Камп Детрик, Мериленд (преименуван на Форт Детрик през 1956 година) с изпитвателни площадки  в Хом Айлънд, Мисисипи и Гранит Пийк, Юта (Endicott et al, 1998). Проведени са експерименти с B. anthracis и Brucella suis. Построен е и нов производствен център в Пейн Блъф, Арканзас по време на Корейската война (1950 – 1953 година), за да задоволи предвидените нужди. Човешки опити са проведени в Камп Детрик с нелетални агенти през 1955 година. Излагането на доброволци на биологични муниции съдържащи F. tularensis и C. burnetii е извършвано в специално аерозилиращо помещение с обем 1 000 000 литра. Доброволците си слагали лицата в отвор към портал за проучване на различни дози. Целта на проучването е да се установи уявимостта на доброволците към аерозолните патогени  и ефективността на ваксините и терапиите, които са били развивани. Допълнителни проучвания са извършвани и с Aspergillus fumigatus, B. subtilis var. globigii и Serratia marcescens, за да се създадат подходящи техники за продукция и съхранение и ефектите на слънчевата радиация и климатичните условия върху жизнеността на аерозилираните организми.

През 1952-1953 година Москва, Пекин и Пхенян се усъмняват, че въоражените сили на САЩ използват биологични оръжия срещу цели в Северна Корея и Китай. Въпреки, че тези съмнения не се доказват от наличните данни и разбира се обвиненията се отхвърлят от американското правителство, това води до спад в международното доверие към САЩ.

Събитията в Бразилия през периода 1957-1963 година напомнят за техниката изпозлвана от британците срещу местното американско население през 18-ти век. През 1969 година бразилското министерство на вътрешните работи открива доказателства за изплзването на инфекциозни агенти причиняващи вариола, варицела, туберколоза, инфлуенца и морбили върху няколко индиански племена в Мато Гросо. Тези агенти вероятно са населявали земи богати на ценни находища.

По време на Индокитайската война през  1962 – 1968 година, бунтовниците от Виет Конг са изпозлвали сурова форма на биологично оръжие. Те са изпозлвали капани с копия и скрити бамбукови пръчки потопени в животински или човешки екскременти – били са предназначени за американските сили във Виетнам. Тези оръжия са взели жертви причинявайки инфекции у жертвие след контакт с острите копия.

Дори и България е оставила следа в световната история на биологичните оръжия. В опит за убийство на изгнаника Владимир Костов в Париж, Франция е използван рицин (токсин извлечен от  рицинови зърна). Той е бил прострелян в гърба  със съчма съдържаща рицин, но заради дебелото облекло, пенетрацията не е била дълбока, за да се разпространи отровата. Няколко дни по-късно българският изгнаник Георги Марков е бил убит в Лондон с поликарбонатна съчма пълна с рицин (Mangold et al, 1999). За целта е бил изпзлван специален чадър, преустроен в пистолет. Марков е бил прострелян в крака докато е чакал на метроспирка. Въпреки адекватната лекарска помощ и изпозлваните медикаменти, той умира няколко дни по-късно.

Но не само държавите прибягват до изпозлване на биологични оръжия. Те са ползвани и от различни анархични и религиозни групировки. Култът Ражнеше (индийски религиозен култ) контаминира със Salmonella typhimurium салати в различни ресторанти в Орегон през 1984 година, като така се инфектират 751 човека. Целта на култа била да възпрепятства гласоподаватели, за да спечелят местни избори и да придобият политическа власт. През 1991 година „Minnesota Patriots Council“ – група анти-държавни протестъри планират да инокулират през кожата служители на данъчните служби, служители на силовите органи и местни съдии и прокурори с рицин. Целта им е била да причинят вреда на федералното правителство и да се радват на лично отмъщение. В Япония култът Aum Shinrikyo прави опит да създаде теократичен щат с харизматичен жаден за власт лидер Шоко Асахара. Тяхната цел е да докажат истинността на апокалиптично пророчество, да елиминират врагове и противници и да поемат контрола над японското правителство. През 1995 година те разпръскват химическяи агент сарин (инхибира ацетилхолин естеразата, което нарушава предаването на нервни импулси) в токийското метро. На техните атаки с множество химични агенти като хидроген цианид (възпрепятства нормалното усвояванет на кислород), VX (подобен механизъм на действие като този на сарина) и други агресивни мероприятия, стават жертви над 1000 души и умират над 20.

Биологичните агенти могат да бъдат използвани, може би като върховно оръжие, поради някои много ценени характеристики от извършителите. Биологични агенти разпространявани с помощта на аерозоли са невидими, тихи, без мирис, без вкус и относително лесни за разпръскване без да се забележи. Освен това са и относително евтини да се продуцират. Изчислено е, че цената на производство би била 0.05% от тази на конвенционалните оръжия в еквивалент достатъчен, за да вземе еднакъв брой жертви на квадратен километър. Самото им производство включва често използвани ферментационни технологии, които се изпозлват за продукцията на някои антибиотици, ваксини, храни и алкохолни напитки. Широко достъпни са и различни основни технологии, които могат да бъдат използвани за доставяне на биологичния агент. Разпръсквателни устройства могат да бъдат активирани от самолет, лодка или кола и да засегнат огромна територия. Теренът, оборудването и инфраструктурата обикновено остават непокътнати, тъй като експлозиви почти не се изпозлват за доставяне на агента. Поради простотата на тези оръжия, не е трудно потребителите да прекроят своя арсенал спрямо нуждите. Биологичните оръжия могат да бъдат комбинирани заедно с други типове, за да създадат паника, страх и терор в популация, за да се достигне по-голям брой жертви. В резултат медицинските центрове няма да могат да се справят със ситуацията – капацитетът им ще се изразходи. Самите атентотори пък най-вероятно ще се измъкнат и ще останат неизвестни, тъй като биологичните оръжия имат нужда от известен инкубационен период, който варира от няколко часа до няколко дни. В допълнение, изпозлването на ендемичен агент може да предизвика объркване в опит да се определи вида на причинителя.

 Биологични агенти могат да бъдат добити от колонии от културални среди, от университети,  доставчици на лабораторни консумативи, чуждестранни лаборатории, от околната среда или от клинични проби. Аерозолният метод за доставяне се счита за оптимален, ако големината на частиците е между 1 и 5 микрометра, защото частици с подобни характеристики ще се установят в долните дихателни пътища и ще останат незабелязани за организма. По-малки частици няма да бъдат погълнати поради аеродинамиката на потока на частици в респираторните пътища. По-големи частици ще се установят върху повърхности от околната среда и в горните дихателни пътища, което ще предизвика мукоцилиарно очистване. Доставяне на биологични агенти чрез експлозивни устройства е по-малко ефективно, защото топлината и светлината от експлозията може да инактивира агента. Частици с големина 1-5 микрометра не са ефективни при експлозия. Доставянето във водна среда може да не е достатъчно ефикасно заради фактора на разреждане и заради методите за пречистване на водата включващи хлор и обратна осмоза, които инактивират микробиалните агенти. Биологичните агенти могат да бъдат доставяни директно до своята цел под формата на поликарбонатни съчми и други.

Въпреки последните постижения  в генното инженерство, биооръжията всъщност се състоят ексклюзивно от естествени патогени. Тези агенти трябва да отговарят на множество изисквания, за да се определят като биологични оръжия, а повечето естествени патогени не са подходяща за тази цел (Aken et al, 2003). Първо биологичните оръжия трябва да могат да се произвеждат в големи количества. Може да се използва патоген от околната среда, ако успешно се събере достатъчни количество, за да бъде пречистен и в последствия да се изследват неговите свойства. Друг вариант е патогенът да се продуцира в микробиологични лаборатории и биореактори, но тук основна пречка е опазването на персонала и производственото предприятие. За реплицирането на вирусите и на някои бактерии пък са нужни живи клетъчни култури. Добивът на патогена може да се лимитира от оборудването, пространството и асоциираните с производството здравни рискове (Federation of American scientists, 2011).

В опитите на учените да преминат от ерата на ДНК секвенирането към ерата на ДНК синтезата, скоро ще е възможно да се синтезират цели вируси, чиито геном е известен (Hessel et al, 2012). Това бе демонстрирано за първи път през 2001 година, когато д-р Екарт Уимър пресъздаде полиовируса, а през 2005 г. д-р Джефри Таубенбергер пресъздаде щамът на инфлуенца вируса от 1918 година – испанска треска. Прогресът на технологията на ДНК синтезата ще позволи създаването и на напълно нови, непознати патогени. Според експертът по биологични оръжия д-р Стивън Блок, генетично конструираните патогени могат да са по-безопасни за работа, по-лесно да се разпространяват и да имат етническа специфичност, или да причиняват по-висока смъртност (Ainscough et al, 2002).

Нарастващата достъпност на технологиите за ДНК синтеза, компютърната мощ и нужната информация и данни дават условията повече хора да се занимават с производство на биологични оръжия. Учените дори могат да трансформират генетична информация в бинарни данни. Това трансформира генното инженерство в прости електронни манипулации, които понижават крайната производствена цена.

Учени и генни инженери смятат, че има няколко техники, които увеличават ефективността на патогените като биооръжия.

1)      Двойни биологични оръжия

Тази техника включва инсертирането на плазмид, малък бактериален ДНК фрагмент, в генома на друга бактерия, за да се увеличи вирулентността на реципиента.

2)      Дизайнерски гени

Според Европейския биоинформатичен институт (EBI) към декември 2012 година, учените са успели да секвенират геномите на 3139 вируса, 1016 плазмида и геномите на 2167 бактерии, някои от които са публикувани в интернет, което ги прави достъпни за позлване от всеки. С достъп до пълните геноми на различни патогени и развитието на технологиите за синтез на ДНК, скоро ще може да се правят дизайнерски патогени, дизайнерски синтетични гени, синтетични вируси и цели синтетични дизайнерски еукариотни организми.

3)      Генна терапия

Генната терапия включва поправка или подмяна на ген в организъм, перманентно променяйки генома на реципиента. Тази техника може да се изпозлва като биологично оръжия за подмяна на съществуващи гени с болестотворни такива.

4)      Невидими вируси

Невидимите вируси са патогени, които навлизат в клетката и остават латентни за продължително време докато не бъдат задействани външно, за да причинят тежко заболяване или смърт. В контекста на атака или нападение, тези вируси могат да се разпространят в големи популации, а самата активация може да бъде или забавена или вирусът да се използва като основание за изнудване и искане на подкупи.

5)      Болести сменящи гостоприемника си

Също като естествено съществуващите вирус на Западнонилската треска или Ебола вирус, животинските вируси могат да бъдат модифицирани, за да инфектират и хората.

6)      Дизайнерски заболявания

Биотехнологиите могат да се изпозлват, за да се манипулира клетъчните механизми, за да се причини летален край. Например, може да се създаде агент, който да накара клетките да започнат да се делят неконтролируемо, да заприличат на ракови клетки. Може и да се предизвика изкуствено апоптоза – програмирана клетчна смърт.

7)      Персонализирани биологични оръжия

В идните години може да стане възможно да се създаде патоген, който да атакува определен човек, като разпознае определена секвенция в генома му. Агентът може да се разпространява в популацията без да причинява симптоми, но да бъде фатален за своята цел.

В допълнение към създаването на нови биологични оръжия, новите геномни технологии могат да послужат и за създаване на нови предпазни средства.

1)      Разкодиране на човешкия геном.

Учените продължават да разкриват функциите на различни гени и как те повлияват заболяванията при хората. Ваксините и лекарствата могат да бъдат проектирани, за да се борят срещу специфичен патоген на базата на техния молекулярен ефекти, който предизвикват в човешката клетка.

2)      Подсилване на имунната система.

Секвенирането на човешкия геном позволява по-доброто изучаване и разбиране на имунната система. Чрез генно инженерство може да се подсили имунния отговор към различни патогени. Вече има научни трудове, които търсят защита срещу антракс чрез молекулярни механизми.

3)      Разкодиране на вирусните и бактериални геноми

Секвениране и картиране на вирусните и бактериалните геноми ще доведе до разкриване на молекулярните механизми, които стоят зад вирулентността и лекарствената резистентност.  Тези познания могат да се приложат, за да се модифицират бактерии, които да продуцират биорегулатори срещу патогени. Например Xoma corporation е патентовала BPI протеин (bactericidal/permeability-increasing protein), който е продукт на гени вкарани в бактериалната ДНК. Протеинът намаля резистентността на бактерии към някои популярни антибиотици.

4)      Нови ваксини

Настоящите проучвания включват генетични манипулации на вирусни геноми с цел създаване на ваксини, които подпомагат изграждането на имунитет  срещу множество заболявания с единствено третиране.

5)      Нови антибиотици и антивирусни препарати

Настоящите антибиотици засягат синтезата на ДНК, синтезата на протеини и процесите на създаване на бактериалната клетъчна стена. С напредващото разбиране на микробиалните геноми, могат да се създадат нови класове антибиотици, които да се прицелват към протеини от есенциално значение за преживяването на бактериалната клетка.

Бъдещето на биотероризма

Експоненционалното увеличение на компютърната мощ в комбинация със свободния достъп до генетична информация и биологични инструменти за обществото, липсата на държавни регулации поражда сериозни притеснения относно създаване на биологични оръжия от невоенни и лица с престъпни намерения. Правителството на САЩ оповести намеренията на терористични мрежи като Ал Кайда, да привлекат учени, които имат възможностите и познанията да създадат биологични оръжия. Въпреки опитите на правителствата да овладеят тази ситуация, биологичните разработки, които могат да доведат до създаването на биологични оръжия, се разпространяват по цял свят с огромна скорост. Учните по света комуникират помежду си и обменят информация много по-интензивно отколкото правителствата могат да контролират този процес.

Някои експерти споделят следната мисъл: „Първата световна война беше химическа, Втората световна война беше ядрена, Третата световна война (да не дава Господ) ще е биологична!“.

Хареса ли ти тази статия? Може да подкрепиш biologist чрез Patreon!