Substancje toksyczne

pochodzenia biologicznego,

znajdujące zastosowanie jako

broń biologiczna.

Toksyny bakteryjne i roślinne:

Jad kiełbasiany

Zwyczajowo zalicza się do broni

biologicznej broń opartą o toksyny

pochodzenia biologicznego.

Arsenał trucizn wytwarzanych przez

żywe organizmy jest niezwykle bogaty

i różnorodny. Wiele zwierząt wydziela

trujące substancje ochronne lub

stosuje je do atakowania swoich ofiar.

Żyjemy otoczeni roślinami, które

wytwarzają substancje toksyczne, nie

wspominając o wszędobylskich

bakteriach.

Na szczęście spośród tysięcy trucizn pochodzenia

organicznego, tylko nieliczne mogą mieć znaczenie jako

broń biologiczna. Jakkolwiek niektóre działają

błyskawicznie, większość z nich jest toksyczna w dawkach,

które - jeśli miałyby wywołać masowe ofiary - wymagałyby

użycia olbrzymiej ilości toksyny. Co prawda w przypadku

najsilniejszej trucizny jaką znamy - botuliny - potrzeba

jedynie 8 kg oczyszczonej toksyny, aby zabić połowę

ludności na powierzchni 100 km2. Tym niemniej, obliczono,

że aby doprowadzić do ekspozycji ludzi na śmiertelną

dawkę toksyny LD50 na powierzchni 100 km2 dysponując

toksynami o niższej aktywności np. 0,025 mg/kg, trzeba

użyć aż 80 kg toksyny. Ponadto, w przeciwieństwie do

czynników broni chemicznej, toksyny biologiczne nie są

lotne, co stwarza konieczność przeprowadzenia ich w stan

aerozolu. W praktyce zatem, zagrożenie użycia substancji

trujących pochodzenia biologicznego w ataku

bioterrorystycznym jest zawężone do kilku toksyn.

CDC Biological Warfare

Diseases & Agents

Listing: Category A

1) Jad kiełbasiany (botulismus botulismus) –

toksyna Clostridium botulinum.

CDC Biological Warfare

Diseases & Agents

Listing: Category B

1) Intoksykacja olejem rycynowym z

rącznika;

2) Zatrucie enterotoksyną B –

Staphylococcus sp.

CDC Biological Warfare

Diseases & Agents

Listing: Category C

1) Roślinne: - abryna, - aflatoxyny, - toxyny

Fusarium, rycyna

2) Zwierzęce: - saxitoxyna, - tetradotoxyna,

conotoxyna, - bungarotoxyny

3) Patogeny drzew, zbóż, trzciny cukrowej,

roślin przemysłowych, ryżu, kukurydzy

Toksyna botulinowa

(botulinismus)

Toksyna wytwarzana przez bakterię

Clostridium botulinum jest jedną z

najsilniejszych trucizn, jakie zna ludzkość.

Zaledwie 1g oczyszczonej neurotoksyny

botulinowej może zabić ok. 1 miliona ludzi.

Z drugiej zaś strony, botulina jest pierwszą

biologiczną trucizną dopuszczona przez FDA

do stosowania w terapii szeregu zaburzeń

neurologicznych np. porażeniu mózgowym.

W leczeniu stosuje się bardzo niewielkie

stężenia toksyny typu A - około 0,005%

śmiertelnej doustnej dawki.

Toksyna botulinowa

(botulinismus)

Terroryści od dawna interesowali się wykorzystaniem

botuliny. Jej produkcja nie wymaga wielkich nakładów

finansowych. W pierwszej połowie lat 90. japońska sekta

Aum Shinrikyo

kilkakrotnie próbowała rozpylić toksynę w

centrum Tokio. Bakterie C. botulinum wyizolowano z gleby.

Żaden z ataków nie zakończył się sukcesem,

prawdopodobnie dlatego, iż członkom sekty nie udało się

przeprowadzić toksyny w stan aerozolu. Prace nad

wykorzystaniem toksyny C. botulinum w celach militarnych

rozpoczęły się jednak o wiele wcześniej, jakieś 70 lat temu

w Japoni. Badania prowadziły także Związek Radziecki i

USA. Nadal trwają one w Iranie, Iraku, Korei Północnej i

Syrii (krajach określanych przez rząd USA jako państwa

finansujące terroryzm). Po wojnie w Zatoce Perskiej, Irak

przyznał inspektorom ONZ, że dysponuje 19 tysiącami

litrów stężonej oczyszczonej toksyny botulinowej. Taka

ilość użyta w postaci aerozolu wystarczyłaby, żeby

trzykrotnie zabić całą ludzkość.

O Clostridium botulinum



Przetrwalnikująca laseczka;



Jedynie warunki beztlenowe;



Przetrwalniki dostępne powszechnie w

glebie;



Są bardzo odporne na działanie wysokiej

temperatury; zachowują żywotność nawet

po kilkugodzinnym przebywaniu w

temperaturze 100 stopni Celsjusza;



Przeżywają także temperaturę - 190oC

oraz są odporne na promieniowanie .

Niszczy je jedynie proces sterylizacji w

autoklawie.

Jad kiełbasiany

Wbrew łacińskiej (botulus - kiełbasa) i polskiej nazwie - jad

kiełbasiany można spotkać także w konserwach

warzywnych. Obecnie proces przemysłowej obróbki

żywności właściwie całkowicie zapobiega przypadkom

zatruć toksyną. Wprowadzenie zamrażania mięsa niemal

całkowicie wyeliminowało spożycie mięsa jako przyczynę

botulinizmu. Żródłem zatruć są zwykle warzywne

przetwory domowe, pakowane próżniowo produkty lub

dania serwowane w restauracjach, które nie zostały

dostatecznie podgrzane przed spożyciem.

W Polsce w 2001 roku odnotowano 66 przypadków zatruć

toksyną, w roku 2000 było ich 72 (dane Państwowego

Zakładu Higieny, Meldunek roczny 2001).

Jad kiełbasiany

W czym znaleziono toksynę?

Konserwy warzywne: kukurydza, fasola,

papryka, marchewka

Sałatka ziemniaczana, orzeszki ziemne w

puszce, jogurt, wypatroszone ryby,

Jak dochodzi do zatrucia

W przeciwieństwie do większości chorób bakteryjnych,

botulinizm najczęściej nie jest związany z wniknięciem

do organizmu bakterii - lecz

wytwarzanej

przez nie

toksyny

.

Podobnie jak człowiek, większość ssaków i ptaków jest

wrażliwa na działanie botuliny. Bydło, owce i konie

pasące się na pastwiskach, na których padły małe

zwierzęta zwykle zatruwaja się sianem, do którego

przenika toksyna. C. botulinum wywołuje także

epidemie wśród ptactwa.

Wyjątkiem są padlinożerne

sępy, bedące niemal całkowicie oporne na działanie

toksyny.

Jak dochodzi do zatrucia

Zdrowa skóra stanowi nieprzenikalną barierę zarówno dla

toksyny jak i dla bakterii. Laseczki z rodzaju Clostridium

nie są w stanie rozwijać w zdrowych tkankach, w któ

rych

utrzymywany jest naturalny potencjał oksydo-redukcyjny.

Bakterie mogą natomiast namnażać się głębokich ranach,

w których doszło do martwicy tkanki (tzw. botulinizm

przyranny)

.Sama toksyna może przenikać przez błony

śluzowe zarówno układu pokarmowego oraz oddechowego.

Wszystkie naturalnie występujące przypadki botulinizmu

związane są z zatruciem drogą pokarmową. Badania na

naczelnych wykazały jednak możliwość intoksykacji drogą

wziewną.

Potwierdziło ją także przypadkowe zatrucie się 3

członków zachodnioniemieckich służb weterynaryjnych

aerozolem botuliny.

Jak dochodzi do zatrucia

Szczególnym przypadkiem zatrucia toksyną jest tzw.

botulinizm dziecięcy

; choroba ta występuje u

niemowląt i jest związana ze spożyciem miodu

zawierającego przetrwalniki C. botulinum. Zwykle w

25 g miodu znajduje się około 7 spor. Dzieciom poniżej

1 roku życia nie powinno się podawać miodu; Ze

względu na nierozwinietą w pełni florę układu

pokarmowego, niemowlęta są szczególnie wrażliwe na

spożycie przetrwalników, które w beztlenowych

warunkach wykiełkowują i pozbawione konkurencji

zaczynają sie namnażać w układzie pokarmowym.

Zabsorbowana przez śluzówkę jelita grubego toksyna,

wywołuje u niemowląt zaparcia, osłabienie ssania, a

póżniej utratę kontroli nad mięśniami głowy. Ponieważ

toksyna wolniej wchłania sie przez śluzówkę jelita

grubego niż żołądka objawy typowe dla botulinizmu

rozwijają się nieco wolniej i są trudniejsze do

rozpoznania.

W jaki sposób działa botulina?

Ze względu na swoje właściwości toksyna zaliczana

jest do egzotoksyn. Tym niemniej różni się od

typowych egzotoksyn, tym, że nie jest wydzielana na

zewnątrz podczas wzrostu bakterii. Syntetyzowana

toksyna gromadzona jest wewnątrz komórek, a

dopiero po ich śmierci i autolizie uwalniana w

kompleksie z hemaglutyniną. Od niedawna wiadomo,

że toksyna botulinowa może być również wytwarzana

przez niektóre szczepy Clostridium baratii i

Clostridium butyricum.

Istnieje osiem serotypów toksyn: A, B, C1, C2, D, E, F i

G, z których bakterie C. botulinum wytwarzają

toksynu serotypu A, B, C i D. Dotychczas u człowieka

stwierdzono zatrucia toksynami typu A (jest ich

najwięcej), B, E i F.

W jaki sposób działa botulina?

Aby nabyć swoje wiruletne właściwości neurotoksyna

uwolniona przez bakterie w nieaktywnej postaci, musi

ulec proteolizie, którą katalizują albo bakteryjne

proteazy albo enzymy proteolityczne wydzielane

przez żołądek. Zabsorbowana przez śluzówkę botulina

przenika do krwiobiegu i wraz z krwią dostaje się do

obwodowych zakończeń nerwowych. Tam blokuje

przepływ sygnałów w cholinergicznych synapsach

nerowo-mięśniowych (w których przekaźnikiem jest

acetylocholina).

W jaki sposób działa botulina?

Nie może dojść wówczas do uwolnienia

acetylocholiny do szczeliny synaptycznej i skurczu

włókien mięśniowych

. W konsekwencji prowadzi to

do porażenia i zwiotczenia mięśni. Śmierć

następuje zwykle w wyniku paraliżu mięśni

oddechowych i zatrzymania akcji serca. inna

neurotoksyna wytwarzana przez bakterie z rodzaju

Clostridium - toksyna tężcowa - jest również

cynkową endopeptydazą, która inaktywuje białka

SNARE. Działa ona jednak na neurony centralnego

układu nerwowego i uniemożliwia uwalnianie

mediatorów hamujących: kwasu gamma-

aminomasłowego i glicyny.

Botulina produkowana przez

Clostridia.

Inna neurotoksyna wytwarzana przez

bakterie z rodzaju Clostridium - toksyna

tężcowa - jest również cynkową

endopeptydazą, która inaktywuje białka

SNARE. Działa ona jednak na neurony

centralnego układu nerwowego i

uniemożliwia uwalnianie mediatorów

hamujących: kwasu gamma-

aminomasłowego i glicyny.

Dawki śmiertelne dla człowieka:

Na podstawie badań z naczelnymi określono w

przybliżeniu śmiertelną dawkę toksyny botulinowej

dla człowieka. W przypadku osoby o wadze 70 kg

wynosi ona około:

* 0,09 do 0,15 µg toksyny podanej dożylnie lub

domięśniowo

* 0,7 - 0,9 µg w postaci aerozolu

* 70 µg - dawka doustna.

Na szczęście toksyna jest wrażliwa na działanie

wysokiej temperatury: inaktywuje ją gotowanie przez

1 minutę bądź pogrzanie do temp. 85oC przez 5-10

minut. Zinaktywowana termicznie, niezjadliwa

toksyna nosi nazwę toksoidu lub anatoksyny.

Diagnostyka

Botulinizm diagnozuje się na podstawie

symptomów neurologicznych. Istotne jest

odróżnienie tych objawów od zaburzeń

występujących w przypadku innych neuropatii: np.

syndromu Guillaina-Barre'a lub syndromu Miller-

Fishera. Ponieważ neurotoksyna blokuje przede

wszystkim zakończenia nerwów czaszkowych,

zatrucie objawia się początkowo w postaci

zaburzeń widzenia: podwójne widzenie, brak

koordynacji mięśni ocznych, zaburzeń w mowie

oraz niemożności przełykania śliny. Inną wczesną

oznaką botulinizmu jest postępujące porażenie

opuszkowe. Symptomy pojawiają się w zależności

od wchłonietej dawki toksyny, zwykle po 12 do 73

godzin od momentu zatrucia. (Czas ten jednak

może się wahać od 2 godzin do 8 dni).

Diagnostyka – próba

biologiczna

Potwierdzeniem diagnozy jest tzw. test neutralizacji

toksyny. Przed podaniem antytoksyny, od chorego z

podejrzeniem botulinizmu pobiera się próbkę krwi.

Surowicę pacjenta traktuje się antytoksyną -

przeciwciałami, które neutralizują egzotoksynę botulinową.

Tak przygotowany preparat wstrzykuje się myszom. Jeśli

myszy przeżyją oznacza to, że w surowicy obecna była

egzotoksyna botulinowa (którą związały przeciwciała). Test

neutralizacji myszy jest obecne jedynym testem, który

pozwala wykryć nawet niewielką ilość aktywnej

egzotoksyny ok. 0,03 ng.

W przypadku zatrucia drogą pokarmową toksynę można

wykryć także w treści żołądka i kale. W sytuacji, gdy do

zatrucia dojdzie drogą wziewną, w ciągu 24 godzin toksynę

wykrywa się w wymazie z błon śluzowych nosa. Stosuje się

wówczas test ELISA.

Immunogenna dawka toksyny botulinowej jest śmiertelna.

W związku z tym u osób, które przeżyły zatrucie botuliną

nie stwierdza się występowania swoistych przeciwciał.

Leczenie

Chorym jak najszybciej podaje się trójwalentną

antytoksynę - przeciwciała skierowane przeciw

toksynie typu A, B i E. Ich działanie ograniczone jest

jedynie do związania krążacej we krwi toksyny.

Immunoglobuliny nie neutralizują niestety tych

cząsteczek neurotoksyny, które wniknęły do

neuronów. Dlatego pacjenta poddaje się obserwacji i

czeka, aż nastąpi regeneracja sparaliżowanych

zakończeń nerwowych. Proces może trwać od kilku

tygodni do kilku miesięcy. Regenerujące się komórki

nerwowe wytwarzają wówczas od aksonu nowe

połączenia z włóknami mięśniowymi

W przypadku zatrucia pokarmowego pacjentom

można także podać węgiel aktywny, jakkolwiek jego

skuteczność w przypadku botulinizmu nie jest znana.

W leczeniu nie stosuje się antybiotyków, chyba, że

istnieje ryzyko wtórnych infekcji bakteryjnych. Nie

wolno wówczas podawać aminoglikozydów oraz

klinadamycyny.

Skąd się bierze antytoksynę?

Przeciwciała neutralizujące toksynę uzyskuje się z

surowicy koni szczepionych inaktywowaną botuliną

(toksoidem). Ponieważ immunoglobuliny konia są dla

człowieka białkami obcymi, wywołują odpowiedź

immunologiczną i w niektórych przypadkach mogą

prowadzić do szoku anafilaktycznego lub reakcji

nadwrażliwości związanej z występowaniem

krążących kompleksów immunologicznych (zobacz:

reakcje nadwrażliwości). Aby temu zapobiec, końskie

przeciwciała traktuje się enzymami, które odcinają

fragment Fc nadający immunoglobulinom swoistość

gatunkową (izotyp). Niemowlętom podaje się

specjalny preparat ludzkich przeciwciał.

Wojskowy Instytut Medyczny Chorób Zakaźnych w

USA (USARMIID) opracowuje również antytoksynę,

która będzie składała się z przeciwciał

monoklonalnych tzw. koktajl przeciwciał

monoklonalnych.

Co nam grozi z rąk terrorystów?

+ duże ilości stabilizowanej (!) botuliny

dostępnej na „rynku” (Irak posiada ok.

19 tys. l. toksyny)

+ stosunkowo łatwy sposób ataku (areosol,

zanieczyszczenie żywności)

+ szybki efekt toksyczny (kilka godzin do

kilku dni)

- dość charakterystyczne objawy, leczenie

przyczynowe i objawowe

Co nam grozi z rąk terrorystów?

W przypadku ataku bioterrorystycznego najbardziej

prawdopodobne jest użycie toksyny botulinowej w

postaci aerozolu. Jak łatwo jest to zrobić - zdania

ekspertów są w tej kwestii podzielone. Szacuje się, że

aerozol traci od 1% do 4% swojej aktywności na

minutę, co oznacza, że po dwóch dniach od chwili

ataku większość rozpylonej toksyny nie będzie już

aktywna.

Szkodliwość aerozolu zależy w dużej mierze od

warunków atmosferycznych.

Co nam grozi z rąk terrorystów?

Nie należy również wykluczać skażenia żywności bądź

wody pitnej. Na szczęście procesy uzdatniania wody

pitnej - zarówno natlenianie wody jak i jej chlorowanie

inaktywuje toksynę. Stwierdzono jednak, że w

oczyszczonej wodzie botulina może zachowywać

swoją aktywność przez kilka dni. Toksynę inaktywuje

jednak gotowanie.

Najgorszy scenariusz zakładałby wykorzystanie w

ataku botuliny o zwiększonej stabilności termicznej.

Niestety, jest to możliwe do osiągnięcia w praktyce. W

zeszłym roku, naukowcy dowiedli, że fosforylując

jedną z reszt tyrozyny w obrębie domeny katalitycznej

można uzyskać termostabilną formę botuliny E

Szczepionka..?

Jakkolwiek opracowano skuteczną szczepionką

przeciw botulinie, jej profilaktyczne zastosowanie

na wypadek bioterryzmu jest ograniczone.

Szczepionka ta zawiera pięcioważny toxoid

(ABCDE) i jest stosowana do immunizacji osób

bezpośrednio narażonych na toksynę botulinową:

pracowników laboratoryjnych oraz wojsko.

Ponieważ przy jej użyciu odporność uzyskuje się

po kilku miesiącach, szczepionka ta nie będzie

efektywna w sytuacji ataku bioterorrystycznego.

W przypadku podejrzewanej ekspozycji na toksynę

zaleca się natychmiastowe podanie antytoksyny.

Wstrzyknięcie małpom, przed pojawieniem się

objawów botulinizmu, 1/10 zalecanej dawki

zapobiega konsekwencjom wdychania botuliny,

jeśli jednak objawy botulinizmu wystąpią, nie

pomaga nawet trzykrotna dawka.

Postępowanie

W przypadku ekspozycji na aerozol

zawierający botulinę należy umyć się wodą i

mydłem (pod prysznicem). Ubranie

podobnie. Jeśli istnieje taka konieczność -

do odkażania przedmiotów i pomieszczeń

należy zastosować 0,1% roztwór

podchlorynu.