Wykład 14 Mikrobiologia

Broń biologiczna

„mikrobiologiczne lub inne biologiczne czynniki lub toksyny, bez względu na ich pochodzenie lub sposób produkcji, typ lub ilość, których użycie nie jest uzasadnione ze względów profilaktyczny, ochronnych lub przeznaczonych do innych pokojowych celów”

(I artykuł Konwencji o broni biologicznej ustalonej w 1972 r.)

bronią biologiczna zasadniczo nie są same mikroorganizmy, ale mogą być podstawą do przygotowania takiej broni. Najczęściej w postaci aerozolu, który może być rozprzestrzeniany na dużej powierzchni, a wiec może sięgać wielu ludzi, a w postaci wdychanej nie ma możliwości przeciwdziałania takiej broni. Nie koniecznie musi to być mikroorganizm, może to być toksyna oczyszczana przez naukowców i to nie musi być tylko z mikroorganizmów.

Właściwości broni biologicznej:

• Jest chorobotwórcza, zwykle powoduje wysoką zachorowalność i śmiertelność

• Wywiera silny efekt psychologiczny

• Skuteczna w niskich ilościach lub stężeniach

• Niskie koszty wytwarzania

• Duża dostępność do mikroorganizmów stosowanych do produkcji broni biologicznej

• Łatwość ukrycia produkcji

• Możliwa do zastosowania na dużą skalę, np. w postaci aerozolu

• Atak trudny do wykrycia, jest trudna do zdiagnozowania, nie jest natychmiast wykrywana, objawy zwykle występują po kilku dniach

• Choroby wywołane bronią biologiczną są często trudne do leczenia

Wady broni biologicznej:

• Skuteczność zależy od czynników atmosferycznych

• Trudności w przechowywaniu gotowej broni

• Produkcja stwarza ryzyko zakażenia ludności cywilnej i skażenia środowiska

• Nie można w pełni kontrolować skutków użycia

Cele ataku bioterrorystycznego:

• Ludność

• Zwierzęta hodowlane

• Uprawy roślinne

• Żywność

• Środowisko

Historyczny zakres użycia broni biologicznej

• Starożytność - do XIX w. skażenie wody pitnej wrogów zdechłymi, cuchnącymi zwierzętami (Scytowie, Rzymianie, żołnierze Konfederacji podczas wojny secesyjnej 1861-65). Zatruwanie źródeł wrogów ziarnami żyta skażonymi przez grzyby - sporysz (Asyryjczycy).

• Średniowiecze. Katapultowanie zwłok ludzi zmarłych w wyniku epidemii, np. w roku 1346 Tatarzy wywołali w ten sposób epidemię dżumy w oblężonej twierdzy Kaffa na Krymie (aktualnie Feodozja, Ukraina).

• 1763 wywołanie epidemii wśród Indian w czasie wojny w Stanach Zjednoczonych, w skutek przekazania im koców i chust zakażonych wirusem ospy.

• 1914 - 1917 użycie przez Niemców laseczki wąglika i pałeczki nosacizny celem zakażenia zwierząt hodowlanych przeciwników, ponadto podjęcie próby zastosowania bakterii cholery i dżumy przeciwko ludziom.

• 1925 - Podpisanie „ Protokołu Genewskiego” o zakazie stosowania broni biologicznej w działaniach wojennych.

• 1931-45. Badania i użycie broni biologicznej przez Japończyków. Podczas prób w Mandżurii i Chinach zginęło ok. 10 000 osób w wyniku zakażenia bakteriami cholery, dżumy, tyfusu, wąglika, riketsjami, wirusem ospy i innymi drobnoustrojami. Japończycy zakażali wodę pitną i żywność, ponadto hodowle bakterii były rozpylane z samolotów, uwolniono także z samolotów 15 mln pcheł wyhodowanych i zakażonych w laboratoriach.

• 1941- 42 przeprowadzenie przez Brytyjczyków prób użycia bomb ze sporami laseczki wąglika na wyspie Gruinard w pobliżu Szkocji. Przetrwalniki wykazywały żywotność aż do roku 1986, kiedy przeprowadzono dezynfekcje wyspy przy użyciu formaldehydu i wody morskiej

• 1941 podjęcie programu badawczego w zakresie broni biologicznej w USA

• 1957- 63 zastosowanie w Brazylii wirusów ospy, ospy kurzej, grypy i bakterii gruźliczy przeciwko Indianom

• 1972 ustalenie w Genewie konwencji o zakazie produkcji i przechowywania i niszczenia broni biologicznej i chemicznej. Do 1975 podpisały ją 144 państwa

• 1978 atak z użyciem rycyny, toksyny wyekstrahowanej z nasion rącznika pospolitego (Ricinus communis) na bułgarskiego emigranta Georgii Markowa w Londynie, który pomimo udzielonej pomocy medycznej zmarł cztery dni później, oraz innego dysydenta Wladymira Kostowa w Paryżu.

• Lata 30 -te - 1991. Tajna produkcja broni biologicznej w ZSRR. W arsenale posiadano 30 ton spor Bacillus anthracis i ponad 20 ton wirusa ospy prawdziwej, a także wirus Marbur i bakterie dżumy.

• 1979 awaria w ośrodku wojskowym w Swierdlowsku (aktualnie Jekaterynburdg), przetrwalniki laseczki wąglika wydostały się do powietrza. Ostatnie analizy dostępnych danych sugerują, że kontakt z endosporami laseczki wąglika miało 250 osób, z których 100 zmarło.

• 1960 - 1999 podjęcie w USA 33 prób użycia broni biologicznej. Miedzy innymi w 1984 roku w stanie Oregon, sekta Rajneeshee skaziła bary sałatkowe w 10 restauracjach w Dallas bakteriami Salmonella Typhimurnium w konsekwencji czego zachorowało 751 osób. Motywy terrorystów były różne, poczynając od protestów o charakterze antyrządowym, żądań nacjonalistycznych, politycznych, apokaliptycznych proroctw, motywów przestępczych i kryminalnych, aż do ekoterrorystycznych i walki o prawa zwierząt.

• 1991 wykazanie posiadania przez Irak 19.000 l stężonej toksyny botulinowej. Ta ilość byłaby wystarczająca do zabicia każdego człowieka na ziemi 3- krotnie. Ponadto, w Iraku wyprodukowano 8500 l bakterii i spór wąglika oraz 2.200 l aflatoksyny.

• 1997-1998 nowa forma ataku bioterrorystycznego w USA, polegająca na przesyłaniu adresatom listów z endosporami bakterii wąglika. Osoby, które miały styczność z bronią biologiczna w tym pracownicy przyjmujący i sortujący pocztę zostały poddane natychmiastowej kuracji antybiotykowej, nie zanotowano zgonu w wyniku tych akcji.

• 2001 ataki sporami Bacillus anthracis przesyłanymi droga pocztową. Stwierdzono 22 przypadki wąglika u ludzi w tym 11 zakażeń skórnych i 11 inhalacyjnych. Pięć osób zmarło. Dwadzieścia (91%) osób u których stwierdzono wąglik było pracownikami poczty, wśród nich byli doręczyciele oraz pracownicy sortowni listów i przesyłek. Obecność laseczek wąglika stwierdzono także w próbkach pobranych na terenie sortowni. Bakterie Bacillus anthracis wyizolowane z proszku z 4 kopert, wyhodowano. Z próbek materiałów pobranych od 10 pacjentów oraz ze 121 próbek pobranych ze środowiska wzdłuż drogi, jaką przebyły przesyłki, nie wykazywały różnic przy zastosowaniu metod typowania. Izolaty miały taki sam wzór oporności na antybiotyki.

Ze względu na chorobotwórczość, możliwość użycia na duża skalę trudności w identyfikacji broni biologiczna podzielona na 3 kategorie.

Kategoria A

• Bacillus anthracis (laseczka wąglika)

• Yersinia pestis (pałeczka dżumy)

• Toksyny Clostridium botulinum (toksyna botulinowa)

• Francisella tularensis (pałeczka tularemii)

• Poxvirus variolae (wirus ospy prawdziwej)

• Filoviridae (np. Ebola virus) i Arenaviridae (np. Lassa virus) (wirusy gorączek krwotocznych)

Największe znaczenie. Mogą być łatwo rozprzestrzeniane lub choroby przez nie powodowane przenoszą się z człowieka na człowieka. Zachorowania z dużą śmiertelnością, mogą mieć duży wpływ na zdrowie publiczne. Mogą spowodować panikę i dezorganizację społeczeństwa. Wymagają specjalnych metod diagnostycznych i dużego zaangażowania ze strony służby zdrowia.

Kategoria B

• Coxiella burnetii

• Brucella spp.

• Burkholderia mallei

• Chlamydia psittaci

• Rycyna (z Ricinus communis)

• Toksyna epsylon clostridium perfringens

• Enterotoksyna B Staphylococcus aureus

• Alphaviruses: wenezuelski wirus zapalenia mózgu, wirus końskiego zapalenia mózgu typu wschodniego, wirus końskiego zapalenia mózgu typu zachodniego

Te niżej związane z układem pokarmowym

• Salmonella spp.

• Shigella dysenteriae

• Escherichia coli 0157: H7

• Vibrio cholerace

• Cryptospori(di)um parvum

Umiarkowane znaczenie. Dość łatwe do rozprzestrzenienia.

Zachorowania z umiarkowaną zachorowalnością i małą śmiertelnością. Wymagają specjalistycznych możliwości diagnostycznych i nadzoru epidemiologicznego.

Kategoria C

• Wirus Nipah

• Hantawirusy

• Wirusy kleszczowego zapalenia mózgu

• Wirus żółtej febry

• Wirus kleszczowej gorączki krwotocznej

• Bakterie Mycobacterium tuberculosis oporne na wiele antybiotyków

Potencjalnie bardzo duża zjadliwość, mogą być w przyszłości przystosowane do użycia jako bron biologiczna.

Sytuacje świadczące o użyciu broni biologicznej:

• pojawienie się w populacji dużej liczby zachorowań z podobnymi objawami,

• wiele przypadków niewyjaśnionych chorób lub zgonów

• cięższy przebieg choroby w porównaniu z typowymi dla danego czynnika etiologicznego, brak skuteczności standardowej terapii

• nietypowa droga zakażenia np. poprzez drogi oddechowe, podczas gdy zazwyczaj zakażenie danym patogenem następuje przez inne wrota

• pojawienie się chorób nie występujących na danym obszarze geograficznym lub nietypowym sezonie

• choroba warunkowana drobnoustrojem, który normalnie nie występuje na danym terenie

• równoczesny, wielokrotny wzrost liczby zachorowań lub seria epidemii różnych chorób w tej same populacji

• pojedynczy przypadek zachorowania spowodowany niezwykłym czynnikiem (np. ospa prawdziwa, wirusowa gorączka krwotoczna)

• wystąpienie choroby, która jest niezwykła w danej grupie wiekowej

• nietypowe chorobotwórcze szczepy lub organizmy o oporności na antybiotyki różnej od chorobotwórczych szczepów na danym terenie

• podobieństwo genetyczne wśród czynników etiologicznych izolowanych z różnych źródeł, miejsc lub w różnym czasie

• wyższa częstość zakażeń wśród ludzi na obszarach otwartych niż u ludzi przebywających w budynkach

• wystąpienie wybuchów epidemii tych samych chorób na obszarach nie połączonych ze sobą

• wybuch epidemii powodowanych czynnikiem wywołującym epizoocje

• informacja o potencjalnym ataku terrorystycznym lub wojennym, odkrycie broni biologicznej nielegalnie przechowywanej lub transportowanej

! kategoria A należy pamiętać jak niewielka jest dawka zakaźna i krótki czas inkubacji oraz śmiertelność.

tabela z bakteriami i czasem inkubacji oraz czasem trwania choroby, śmiertelnością i metodami identyfikacji. Bakterie to: Bacillus anthracis, Yersinia pestis,

kategoria B śmiertelność mniejsza (tez taka tabela), czas inkubacji trochę dłuższy, większe dawki do zakażenia

Jeśli byśmy dostali coś w przesyłce pocztowej to: najlepiej nie otwierać :), należy zgłosić albo na straż pożarną, albo policję (oni maja wzajemne procedury informowania się), jeśli byśmy to otworzyli i widzimy proszek lub galaretkę, ograniczyć kontakt, włożyć we worek, otaśmować, umyć ręce i włożyć w następny worek (wcześniej jeszcze pozamykać okna i klimatyzacje) po zabezpieczeniu należy wezwać policje oni to wezmą i potem zostanie ustalone. Straż to zniszczy, a policja ustali, kto to wysłał. Straż pożarna najczęściej spala (najlepszy sposób) - ale trzeba uważać żeby nie było to połączone z bronią wybuchową. To wszystko.

Eksperci WHO oszacowali, ze uwolnienie z samolotu 50 kg wąglika nad terenem zamieszkałym przez 5 mln ludzi - zachorowanie 250 tys zmarło??? Tularemia 50 kg w postaci aerozolu obszar 5 mln osobo - zakaz 250 tys zmarło ??

Leki przeciwwirusowe

Leki przeciwwirusowe nie są czynnikami selektywnie działającymi tylko na wirusy, przeważnie działają na procesy replikacji wirusów. Najważniejsze preparaty to:

Acyklovir (zovirax)	- pochodna guaniny, działa skutecznie m. in. na HSV, WZW, wirus opryszczki wirus ospy wietrznej, i półpasiec
Gancyklowir	- pochodna acyklowiru o mniej swoistym działaniu, hamuje CMV
Widarabina	- arabinozyd adeniny, skuteczny na wirusy opryszczki, epstetina - barra (taki wirus), ospy, HBV, słabiej na CMV
Isoksurydyna	- 2-deosky- 5 - jodourydyna leczenie opryszczkowego zapalenia rogówki
Rybawiridyna	- hamuje syntezę nukleotydów guaninowych (aktywny na różne wirusy DNA i RNA
Amantadyna	- hamuje odlanianie i uwalnianie wirusowego genomu np. hamuje WZWA
Retrowir	- hamuje replikację retrowirusów np. HIV
Suramina	- inhibitor odwrotnej transkryptazy np HIV
Interferon	- hamują replikację niektórych wirusów np. CMV, stymulują odpowiedz immunologiczną

Na zakażenia bakteryjne:

Antybiotyki - substancje chemiczne wytwarzane przez różne organizmy, działające wybiórczo bójczo lub statycznie (zahamowanie wzrostu) w niskich stężeniach na drobnoustroje.

Termin ten został wprowadzony w 1942 r. przez Waksmana.

Antybiotyki mogą być naturalne (penicylina), półsyntetyczne (penicylina i cefalosporyny półsyntetyczne), syntetyczne (aztreonam).

Chemioterapeutyk - związek chemiczny syntetyczny niemający wzorca naturalnego

Historia odkryć związków przeciwbakteryjnych

1904 Erlich - wykazanie aktywności przeciwbakteryjnej czerwieni trypanowej,

1910 Erlich i S. Hato - wykazanie aktywności przeciwbakteryjnej arsfenaminy wprowadzenie do terapii komercyjnego preparatu Salvarsan

1935 G. Domagk - odkrycie aktywności przeciwbakteryjnej sulfonamidów

1896 E. Duchesne, 1928 A. Fleming - odkrycie penicyliny

1944 S. Waksman - odkrycie streptomycyny

1945 odkrycie bacytracyny

1947 synteza nitrofurantoiny

1948 odkrycie cefalosporyn

1949 odkrycie chloranfenikolu

1950 odkrycie neomycyny i tetracykliny

1952 odkrycie erytromycyny, linkomycyny i vigrginianmycyny

1955 uzyskanie cykloseryny

1956 odkrycie wankomycyny, nowobiocyny

1957 wyizolowanie rifamycyny

1962 synteza pierwszego chinolonu (kwas nalidyksowy),f

1968 synteza trymetoprymu

1985 wyizolowanie mupirocyny

2000 synteza linezolidu

2003 uzyskanie daptomycyny

Mikroorganizmy wytwarzające antybiotyki:

bakterie:

Streptomyces spp. Mafoterycyna b, chloramfenikol, nystatyna, kanamycyna, neomycyna, erytromycyna, rifampicyna, tetracykliny, steptomycyna, wankomycyna

Bacillus spp.- bocytracyna, polimyksyny

- Micromonospora.........

grzyby:

Penicillum sp. - penicilina, gryzeofulwina

Cephalosporium sp. - cefalosporyny

Ogólny podział antybiotyków i chemioterapeutyków:

Beta- Laktamy	penicylina, cefalosporyny, cefamycyny, karbapenemy, monobaktamy, niekiedy stosowane są z inhibitorami beta - laktamaz np. kwasem klawulenowym, sulbaktamem, tazobaktamem.
Aminoglikozydy	streptomycyna, kanamycyna, gentamycyna, tobramycyna, amikacyna, netilmycyna
Makrolidy	(erytromycyna, roksitromycyna, oleandomycyna, spiramcyna
Linkozamidy	Linkomycnyna, klindamycyna
Tetracykliny	(tetracyklina, metacyklina, doksycyklina
Peptydowe	(polimyksyna, Wankomycyna, Bacytracyna, gramicydyna, teikoplanina
inne	np. o budowie makrocyklicznej (Rifampicyna), chloramfenikol, kwas fusydowy, mupirocyna, spektynomycyna
Sulfonamidy	sulfatiazol, sulfametoksazol
Chinolony	kwas nalidyksowy , cyprofloksacyna
Nitroimidazole	metronidazol

Miarą aktywności bakteriobójczej antybiotyku jest najmniejsze stężenie bakteriobójcze (MBC), natomiast miarą zdolności do zahamowania wzrostu bakterii, najmniejsze stężenie hamujące (MIC).

Spektrum działania może być:

- wąskie -ograniczone do jednej grupy lub rodzaju drobnoustrojów

- szerokie - skuteczne w odniesieniu do wielu grup bakterii gram (-) i gram (+)

Przykłady związków przeciwbakteryjnych o aktywności bakteriobójczej lub bakteriostatycznej oraz ich zakres działania

Antybiotyk	Sposób działania	Spektrum
Ampicylina	Bakteriobójczy	Szerokie, G(+), niektóre G(-)
Bacytracyna	Bakteriobójczy	Wąskie G(+)
Karbenicylina	Bakteriobójczy	Szerokie G(+) i wiele G(-)
Chloramfenikol	Bakteriostatyczny	Szerokie
Wankomycyna	Bakteriobójczy	Wąskie, bakterie G(+)
Tetracykliny	Bakteriostatyczne	Szerokie, bakterie G(+) i (-)
Streptomycyna	Bakteriobójczy	Szerokie, G(+) i G(-)
Penicylina	Bakteriobójczy	Wąskie G(+)
Erytromycyna	Bakteriostatyczny	Wąskie G(+), mykoplazmy

.

MECHANIZMY DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW I CHEMIOTERAPEUTYKÓW

Blokowanie syntezy ściany komórkowej

Penicylina Ampicylina Metacyklina Karbenicylina Cefalosporyny	Inhibicja transpeptydaz zaangażowanych w syntezę mostków peptydowych w mureinie, indukcja autolizy komórki
Wankomycyna	Przyłącza się do peptydu D - alamina - D- alanina, hamuje transpeptydacje
Bacytracyna	Zahamowanie syntezy ściany poprzez zablokowanie transportu prekursorów przez błonę

Zahamowanie syntezy kwasów nukleinowych

Ciprofloksacyna i inne chinolony	Inhibicja bakteryjne gerazy co prowadzi do zahamowania replikacji transkrypcji i innych funkcji DNA
Rifampicyna	Blokowanie syntezy RNA poprzez przyłączenie się i inhibicje polimerazy RNA zależnej od DNA

---