Чума как бактериологическое оружие

Обновлено: 22.04.2024

Автор: Сергей Ветров

Начинать лучше сначала

Пятнадцать тысяч лет назад (датировки сильно разнятся, но нам оно и не принципиально) на территории современной Монголии в глубоких темных и теплых норках собрались три главных действующих лица: сурок тарбаган, блоха и псевдотуберкулезная палочка Yersinia pseudotuberculosis.

Палочка эта — анаэробная (кислород не нужен) морозостойкая бактерия-сапрофит, потребитель мертвой органики. Она живет в экскрементах, разлагает захоронённые в земле трупы и, при случае, может паразитировать в кишечнике теплокровных, для чего имеет запасной набор свойств, запускающихся при температуре 37 градусов. На солнце и от высушивания ей быстро плохеет. От организма к организму не передается, вызывает понос, при попадании в кровеносную систему — убивается фагоцитами, туберкулез не вызывает. Короче, вот этот вот скучноватый поедатель трупов и сурочьего навозика — прямой предок Yersinia pestis, чумной палочки. В сурочьей норе ему живется вполне нормально: темно, зимой выше ноля, и сурок выкопал у себя там специальную отводку под туалет. Копал под туалет, а для Pseudotuberculosis это — столовая. Там же в норе живёт огромная колония блох: для них тарбаган — еда, транспорт и дом родной. Взрослые блохи живут на блоховозе-сурке, а личинки ползают по подстилке. Зимой в Монголии холодно, и у тарбагана, впавшего в спячку, в норке настоящий мороз. Единственное теплое место — нос, согреваемый лапками и время от времени испускающий токи еле тёплого (температура тела в спячке около 5 градусов) воздуха из маленьких ноздрей. Там и собирается вся блошиная тусовка, покусывающая спящего сурка за нос и облизывающая выступающую кровь. А лапы, греющие сурочью мордочку, все в застарелом помете, в котором живёт псевдотуберкулезная палочка.

И так, сезон за сезоном, тысячелетие за тысячелетием, бактерию, не умеющую бороться с защитниками кровеносной системы, прямо в морду толкают к этим защитникам, ослабленным низкой температурой, предлагая в награду питательные клетки крови. А те, кто не умер зимой, раз за разом проходят экзамен на выживаемость у защитных систем проснувшегося и потеплевшего сурка. Постепенно был приобретен набор генов, позволяющих блокировать сигналы тревоги иммунных клеток, хитро проникать в лимфатическую систему, пожирать все вокруг и активно размножаться.
Страшная болезнь, унёсшая жизни сотен миллионов человек и неоднократно менявшая историю многих стран, возникла только потому, что где-то в безлюдных степях Забайкалья местные сурки ложатся в зимнюю спячку с немытыми лапками.

Привееет,это я создал биологическое оружие. Много свободного времени было

"На вопрос — кто прогрессивнее: чумная бацилла или человек — до сих пор нет убедительного ответа"
Генетик, доктор биологических наук Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский.

Человек, несомненно, устроен в миллион раз сложнее, но если посмотреть на ситуацию с точки зрения именно эволюционной успешности, то лидера выделить уже не так просто.

Чумная бацилла - молодой, активно развивающийся вид, за сравнительно короткое время распространившийся по всему шару и диверсифицировавший себя на множество животных, бесконечно далекий от вымирания, несмотря на все усилия противоэпидемиологических служб ведущих мировых стран. Задачу полного уничтожения чумы современная медицина даже не берется ставить, в то время как чума пару раз замахивалась на человечество в целом.

Yersinia pestis

Чумная палочка тысячелетиями использовала популяции человека как источник питания, временами нанося им страшный урон. Сейчас это пресечено благодаря антибиотикам и продуманным глобальным эпидемиологическим мерам. Но сама по себе чума продолжает процветать — у неё ведь есть и другие хозяева.

Их борьба

Чумное захоронение в Марселе. Из зубов умерших археогенетики смогли извлечь фрагменты ДНК и по ним реконструировать геном чумной палочки, в 1720-1722 годах погубившей больше 100 тысяч жителей Марселя и окрестностей

Зуб – самая плотная часть тела человека, отлично сохраняется после смерти и имеет кровеносные сосуды. Именно там велика вероятность найти остатки бактерий, и именно изучение зубов людей в древних захоронениях позволяет проследить историю возникновения и развития чумы в человеческих сообществах.
Самые старые чумные зубы найдены в Армении и принадлежат человеку, умершему примерно пять тысяч лет назад. Кстати, я говорил, что чуме свойственен полиморфизм и большое количество штаммов? Так вот, уведомляю параноиков: чума меняется, приобретая новые свойства. Например, та, самая первая Yersinia pestis передавалась воздушно-капельным путем, не умела взаимодействовать с блохами, не поражала лимфатическую систему, не вызывала такую массовую смертность — короче, на минималках.

В зубах человека, умершего 3800 лет назад на территории современной самарской области, была найдена уже немного другая чумная бацилла. Она лишилась жгутиков, которые ещё сохранялись у нее от предка-псевдотуберкулеза, потеряв возможность двигаться, но зато научилась жить в желудках у блох, вызывать бубоны и прочая прочая.
Считается, что обе эти формы существовали и развивались параллельно какое-то время, но все современные штаммы чумы имеют самарских предков. Эй, Самара! Чем не повод для гордости?!

У Yersinia pestis medievalis, вызвавшей впоследствии Юстинианову чуму, черную смерть и последующие вспышки, добавился очень интересный механизм взаимодействия с блохами, приглядимся к нему.

Проведём мысленный эксперимент

Представьте себе молодого, жизнерадостного и энергичного суслика по имени Руперт, на котором живет и размножается большая дружная колония блох. В порядке эксперимента заразите Руперта бубонной чумой, добавив ему в кровоток несколько чумных бактерий с помощью инъекции. Пару дней его организм будет успешно сопротивляться болезни, теряя бойцов иммунной системы и накапливая чумные палочки, но на третий день бедняга Руперт, ослабевший от высокой температуры, решит не пойти на работу и останется в норке. К этому моменту его колония блох также инфицирована Yersinia pestis — у каждой блохи в желудке уже содержится некоторое количество чумных бактерий, но блохи чувствуют себя хорошо, полны оптимизма и уверенности в завтрашнем дне.

И совершенно зря: несчастный Руперт умрет в своей норке ближе к вечеру, обрекая всю блошиную семью на смерть на двухметровой глубине, а следом за ним погибнут и все чумные палочки.
Нет, серьезно. Вы мысленно убили суслика инъекцией смертельных бактерий, просто ставя мысленный эксперимент. Ребята, это всего лишь чума, мы все о ней и так всё знаем, вон сколько книг написано! Спросили бы у меня, я бы вам и так кучу всего рассказал. Бедняга Руперт умер ни за что.

Ладно, используем его как наглядное пособие — я расскажу, почему именно штамм 1346 года был настолько истребительно успешен. Видите ли, пока Руперт (мир праху его) был жив, и только раздумывал, не взять ли ему больничный — он блох вполне устраивал, и они сохраняли ему верность вплоть до самого последнего момента, пока он не умер у себя в норе. Таким образом, крохотная искорка чумного пожара угасла, не дав пламени, как это бывало уже миллион раз. Даже если бы несчастный Руперт окончил свои дни не в норке, а где нибудь в поле — какой процент блох нашли бы себе новых хозяев? Сколько времени бы это отняло? Эффективность блох, как средства доставки чумы была довольно высока — но потенциал для модернизации, как оказалось, имелся.

Продолжение следует, не переключайтесь, мойте лапки, остерегайтесь сусликов.

Новость

Автор

Редактор

Обратите внимание!

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Незнакомка в маске

Лики чумы

Возможно, преобладание какой-либо из форм чумы (преимущественное поражение того или иного органа) во время разных эпидемий связано не только с механизмами передачи бактерий, но и со свойствами конкретного штамма-возбудителя.

Решающей стала третья пандемия, разгоревшаяся в Китае в 1855 году. На разгадку самой страшной тайны были брошены все научные силы, изрядно к тому времени поокрепшие. И наконец в 1894 году исследования французского бактериолога Александра Йерсéна (Alexandre Yersin) и японского врача Сибасабуро Китасато (Shibasaburō Kitasato), проводимые независимо друг от друга в Гонконге, принесли долгожданные результаты. Исследуя человеческий патологический материал и трупы грызунов, Китасато и Йерсен выделили и описали коккобациллы, предположительно вызывающие чуму. И если результаты Йерсена нареканий не вызвали, то японскому бактериологу изрядно подпортили репутацию (и вызвали бесконечные споры относительно приоритета в открытии чумной палочки) противоречия в описании возбудителя, судя по всему, объясняемые загрязнением образцов оппортунистами-пневмококками [4].

Жертва мутации

Однако этого приобретения Y. pestis было недостаточно для того, чтобы научиться вызывать опаснейшую системную инфекцию (септическую форму чумы). Оказалось, что для подобного усовершенствования потребовалась всего одна (!) аминокислотная замена в белке Pla — I259T. Эта замена оптимизировала протеолитическую активность белка и существенно повысила инвазивный потенциал бактерий при развитии бубонной чумы. Таким образом, ученые полагают, что первым делом бактерия приобрела свойства легочного патогена, провокатора вспышек легочной чумы, а позже в результате дополнительной мутации появились еще более опасные штаммы, вызывающие пандемии легочно-септической и бубонно-септической чумы [6].

Тем не менее среди всех минусов Y. pestis ученые находят и плюсы ее контакта с людьми. В 2014 году в журнале PLoS ONE была опубликована статья Шэрон де Витте из Университета Южной Каролины, в которой говорилось, что люди, пережившие пандемию чумы, стали обладателями более крепкого здоровья. Ученые исследовали останки людей, живших до, во время и после чумы, обращая особое внимание на причины смерти и состояние их костей. Результаты показали, что пережившие эпидемию, а также их потомки, доживали в среднем до 75 лет и обладали завидным иммунитетом.

Немного о Pla

Почему же протеаза Pla относится к факторам вирулентности, то есть как именно она помогла чумной палочке, которая и так может похвастать богатым арсеналом приспособлений для процветания в млекопитающих и трансмиссии блохами? Одна из обязанностей Pla — активация плазминогена: образующийся при этом плазмин разрушает фибриновые сгустки, что важно, например, для распространения бактерии из бубонов по организму.

Недавно была установлена связь развития первичной легочной инфекции с механизмом, связанным с инактивацией апоптотической сигнальной молекулы под названием Fas-лиганд (FasL). Роль FasL в клетке определяется его способностью запускать процесс апоптоза. У этого белка, пронизывающего мембрану активированных цитотоксических Т-лимфоцитов и эпителиальных клеток дыхательных путей, есть внеклеточный домен, который связывается с рецептором FasR на поверхности других клеток (преимущественно лимфоцитов, а также гепатоцитов, раковых и некоторых других), что посредством активации протеаз caspase-8 и caspase-3/7 запускает апоптоз. Так поддерживается гомеостаз иммуноцитов, предотвращаются аутоиммунные процессы и уничтожаются клетки, экспрессирующие чужеродные антигены.

Проводимые на мышах эксперименты показали следующее: бактерии с нормальной протеазой Pla способствовали снижению количества FasL, что приводило к быстрой колонизации легких, в то время как йерсинии с инактивированной Pla размножались медленнее. Описанный механизм подавления иммунного ответа, по мнению ученых, может использоваться и другими патогенами, в особенности вызывающими инфекции дыхательный путей. А это, в свою очередь, открывает новые перспективы в борьбе с такими заболеваниями: можно подумать, например, над разработкой ингибиторов Pla или введением дополнительных молекул FasL [7].

Блохи — прожорливые кровососы. Питание особи может длиться от одной минуты до нескольких часов; некоторые виды умудряются заполнить свои желудки до отказа — так, что даже не успевают переварить свой кровавый обед. Возможно, именно этот факт сыграл для насекомых злую шутку, но пришелся как нельзя более кстати Y. pestis.

Рисунок 4. Крысы (Rattus norvegicus) являются переносчиками блох, а следовательно, и чумной палочки. Рисунок из [12].

Обзор

Автор

Редактор

Один монах, странствуя по белому свету, встретил Чуму, которая направлялась в его город.
— Ты куда это направляешься, Чума? — спросил он ее.
— Иду в твой родной город, — ответила она. — Мне нужно забрать там тысячу жизней.
Через некоторое время монах снова встретил Чуму на своем пути.
— Почему ты меня обманула тогда? — спросил он ее с укором. — Ты говорила, что должна забрать тысячу жизней, а забрала пять тысяч.
— Я тогда сказала тебе правду, — ответила Чума. — Я действительно забрала тысячу жизней. Остальные умерли от страха.

Жертвы чумы исчислялись сотнями тысяч и даже миллионами человек, вымирали города, становились безлюдными целые области, и ужас пандемий чумы затмевал ужасы всех войн, какие знала история человечества. Целые тысячелетия люди не понимали, что является источником заболевания [2].

Библия — одно из древнейших дошедших до нас свидетельств эпидемий чумы (1 книга Царств, глава 5; 4 книга Царств, глава 19, стихи 35–36). В мировой истории отмечают три пандемии этой болезни:

Бубонная форма чумы является наиболее распространенной формой заболевания и при отсутствии лечения приводит к гибели 40–60% заболевших. Легочная форма возникает либо как осложнение бубонной или септической форм, либо при вдыхании воздуха, зараженного возбудителем чумы. Если лечение не начинают в первые 24 часа после появления симптомов, смерть наступает через 48 часов [8].

В природе чумной микроб встречается практически на всех континентах, исключая Австралию, Антарктиду, а также Арктику, что обусловливает ежегодно регистрируемые случаи этой болезни. Стремительная эволюция микроорганизмов приводит к появлению популяций бактерий (штаммов), устойчивых к антибиотикам [9], что в случае с возбудителем чумы особенно опасно. Кроме того, этих бактерий могут использовать в качестве агента биотерроризма. Все вышесказанное объясняет необходимость изучения чумного микроба.

Возбудитель чумы Yersinia pestis — самая опасная бактерия в мире [10]. Что делает ее столь смертоносной?

Факторы вирулентности, или вооружен и очень опасен

Со времен открытия возбудителя чумы в 1894 году французом Александром Йерсеном и японцем Китасато Сибасабуро ученые пытались выяснить, что определяет патогенность Y. рestis. В результате многолетней тяжелой и рискованной работы, которая продолжается и по сей день, выделили следующие факторы патогенности возбудителя:

белки внешней мембраны (Yersinia outer proteins — называемые Yop-белками, эффекторными белками, или комплексом Yop-вирулона) [11];
комплекс области пигментации [12];
активатор плазминогена [13];
капсульный антиген [14];
пили адгезии или pH6-антиген [15].

Белки внешней мембраны, или зачем возбудителю чумы шприц?

Рисунок 1. Схема действия системы секреции III типа.

Комплекс области пигментации, или может ли стать потребность в чем-либо фактором патогенности?

Активатор плазминогена, или двуликий Янус

При вдыхании чумных микробов (и развитии легочной чумы) этот белок обеспечивает быстрое размножение бактерий в тканях легких и приводит к развитию молниеносной пневмонии и отеку легких, тогда как в отсутствии Pla инфекция не развивается в смертельную пневмонию. Установлено, что активатор плазминогена нарушает постоянство внутренней среды организма хозяина и блокирует иммунные реакции, направленные на уничтожение патогена [27].

Капсульный антиген, или скользкий тип этот возбудитель чумы

Бактерии окружены капсулой из слизистого вещества (фракция I, Fra1), которая препятствует поглощению и обезвреживанию Y. pestis иммунными клетками организма-хозяина в процессе фагоцитоза. На выявлении этого вещества-антигена основаны многие современные методы лабораторной диагностики чумы, оно входит в состав многих экспериментальных химических вакцин против чумы. Однако позднее обнаружили популяции бактерий, лишенные капсулы [28]. Кроме того, слизистая капсула есть у многих других микроорганизмов, например, возбудителя сибирской язвы, туляремии. Капсульное вещество иерсинии образуют при температуре 37 °С.

Антигены, схожие с рН6, были обнаружены у ряда возбудителей, вызывающих менее опасные болезни — кишечные инфекции (Y. pseudotuberculosis [31], Y. enterocolitica [32], Escherichia coli [8]).

Температурный фактор, или то, что действительно имеет значение

Необходимо заострить внимание на особой роли температуры в физиологии чумного микроба. Именно при температуре 37 °С у него повышаются питательные потребности [33] и синтезируются практически все известные детерминанты вирулентности (рис. 2) [34]. У других бактерий подобная зависимость выражена в меньшей степени, что позволяет говорить о ведущей роли температурного фактора в вирулентности возбудителя чумы [8].

Геном или все важное внутри

Помимо хромосомы у чумного микроба есть плазмиды — внехромосомные участки ДНК [38]. Большинство белковых факторов вирулентности закодированы на плазмидах: эффекторные белки на плазмиде pCad; капсула — pFra; активатор плазминогена — рPla (pPst, pPCP). Плазмиды pFra и рPla обнаружены только у Y. pestis (видоспецифические), pCad является общей с возбудителем псевдотуберкулеза (родоспецифическая) [20].

Заключение

В настоящее время продолжается работа по выявлению новых, еще не изученных маркеров вирулентности [39]. С использованием 2D-электрофореза, масс-спектрометрии, полногеномного секвенирования проводят сравнительный анализ отличающихся по вирулентности популяций чумного микроба для выявления различий в их белковых спектрах и геномных последовательностях. Ранее не известные белки и участки генома становятся объектом пристального внимания и изучения как потенциальные детерминанты вирулентности.

Таким образом, патогенность возбудителя чумы — это множественный (полидетерминантный) признак. Соединение многих факторов в единое целое создает страшную угрозу чумных эпидемий, с противостоянием которым, однако, прогрессивное человечество успешно справляется.

Обзор

Споры сибирской язвы под микроскопом

Автор

Редактор

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Так, в 1915 году в ходе Первой мировой войны Германия и Франция перегоняли зараженный сибирской язвой скот — лошадей и коров — на сторону противника [1].

А в 1940-х годах на британской экспериментальной станции Портон-Даун доктор Пол Филдс определил, что наиболее эффективный способ применения сибирской язвы как биологического боевого агента — распыление частиц при взрыве бомбы. В 1942 году он провел серию экспериментов с бактериологическим оружием на пустынном шотландском острове Грюинард (рис. 1), куда доставили отару овец, после чего туда же сбросили бомбы, начиненные спорами сибирской язвы. Все овцы погибли в течение нескольких дней, а земля острова на протяжении долгих десятилетий оставалась зараженной и непригодной для жизни [2].

Рисунок 1. Остров Грюинард

Военный городок Свердловск-19, 1979 год. Внезапная вспышка сибирской язвы унесла жизни 64 людей — и это только по официальным данным. По неофициальным (со слов врачей и пациентов) — не меньше сотни. Подавляющее большинство инфицированных были мужчинами средних лет. Годы спустя президент Борис Ельцин признал, что причиной эпидемии стали секретные разработки, а именно — случайная утечка бактерий из военной лаборатории [3].

Итак, что же в сибиреязвенных спорах так привлекает биотеррористов, и что делает возбудителя сибирской язвы потенциальным биологическим оружием?

С точки зрения бактериологии

Рисунок 2. Bacillus anthracis. В инфицированной крови или тканях бациллы часто присутствуют в виде коротких цепочек, окруженных полипептидной капсулой.

Грамположительные бактерии — те, что при окраске микроорганизмов по методу Грама приобретают темно-синий цвет и не обесцвечиваются при обработке спиртом. Такая окраска позволяет разделить бактерии по биохимическим свойствам: у грамположительных бактерий спирт вызывает сужение пор в пептидогликане (это полимер в стенках бактериальных клеток), за счет чего краска задерживается в клеточной стенке. Грамотрицательные бактерии, напротив, после воздействия спиртом утрачивают краситель из-за меньшего содержания пептидогликанов [4].

Что касается спор, эти особые формы бактериальных клеток служат для репродукции и/или переживания неблагоприятных условий, то есть хорошо сохраняются во внешней среде (важное свойство для биологического оружия). Они устойчивы к высоким температурам, радиации, высушиванию, действию растворителей и прочих губительных факторов. Более того, споры B. аnthracis могут переносить даже десятиминутное кипячение и сохраняются в почве десятки лет (что демонстрирует случай с островом Грюинард) [2]. В организме животного, которое имело несчастье пастись на такой земле, споры прорастают и вызывают сибирскую язву.

Что насчет патогенеза?

Патогенность B. аnthracis связана со способностью продуцировать токсины — отечный и летальный — и образовывать бактериальную капсулу.

Патогенные свойства B. anthracis кодируются двумя плазмидами: pXO1 отвечает за биосинтез токсинов, а pXO2 кодирует компоненты капсулы. Обе плазмиды необходимы для полной вирулентности (способности к инфицированию), и потеря любой из них приводит к ослаблению штамма.

Небольшая справка

Бактериальные плазмиды — это кольцевые молекулы ДНК, обособленные от хромосом (рис. 3). Они содержат дополнительные гены, необходимые только в специфических условиях для выживания клетки.

Рисунок 3. Генетический аппарат бактерий. Цифрой 1 обозначена бактериальная ДНК, 2 — обособленные от нее плазмиды.

схема автора статьи

Существует несколько основных групп плазмид.

Col-плазмиды отвечают за синтез белков, действующих против других бактерий (такие вещества называются бактериоцинами). Эти белки вызывают гибель бактерий того же вида (или родственных ему), но не действуют на сами клетки, выделяющие данные вещества.

F-плазмиды (факторы фертильности) ответственны за половой процесс у бактерий. Его обусловливает наличие F-пилей — нитей белковой природы — и их способность к конъюгации, то есть переносу части генетического материала от одной бактериальной клетки к другой при их непосредственном контакте.

R-плазмиды (факторы резистентности) отвечают за устойчивость к действию антибиотиков и сульфаниламидных препаратов (бактериостатиков) — лекарств с противомикробным действием [5–7].

D-плазмиды определяют синтез ферментов, обеспечивающих расщепление углеводородов нефти и других трудноусваиваемых соединений [8].

Однако вернемся к сибирской язве. Плазмида pXO1 кодирует три компонента сибиреязвенных токсинов (рис. 4). Фактор отека (EF) вызывает местную воспалительную реакцию — собственно, отек; протективный антиген (PA) обладает иммуногенным действием, то есть способностью вызывать иммунный ответ организма. И третий фактор — летальный (LF) — нарушает внутриклеточный синтез макромолекул, что приводит к некрозу и разрушению клеток, в первую очередь — макрофагов. Каждый из этих факторов по отдельности не обладает патогенным действием, но сочетание протективного и летального факторов образует летальный токсин, а протективного и отечного — отечный токсин [2], [9–11].

Рисунок 4. Плазмиды B. anthracis и продукты их синтеза. Регулятор AtxA, кодируемый плазмидой pXO1, контролирует синтез компонентов токсинов сибирской язвы со своей же плазмиды и компонентов капсулы с pXO2. Компоненты EF (фактор отека), LF (летальный фактор) и PA (протективный антиген) собираются в токсины ETx (отечный токсин) и LTx (летальный токсин), вызывая в целевых клетках-хозяевах отек и смерть соответственно. Компоненты капсулы ABCDE взаимодействуют на мембране бактериальной клетки с образованием поли-гамма-D-глутаматной капсулы, которая защищает клетки B. anthracis от уничтожения фагоцитами во время инфекции. PAI — остров патогенности в составе плазмиды.

Виды сибирской язвы

Сибирская язва существует в четырех формах: кожная, желудочно-кишечная, легочная и инъекционная [2], [12], [13].

Кожная форма является самой распространенной и наименее опасной. Она возникает при проникновении бактерий через поврежденную кожу — порез или царапину — при контакте с больным животным или продуктами животного происхождения. В течение двух-трех дней после заражения на коже развивается папула (вид кожной сыпи), которая затем окружается кольцом из везикул (воспалительных элементов сыпи) и, наконец, высыхает. Обычно к 5–6 дню из нее образуется похожий на уголь черный карбункул: он безболезнен и окружен отеком (рис. 5). Без лечения до 20% людей с кожной сибирской язвой погибает от сепсиса, однако при правильном лечении выживают почти все пациенты.

Рисунок 5. Кожная форма сибирской язвы

Желудочно-кишечная сибирская язва проявляется при употреблении в пищу сырого или недоваренного мяса зараженного животного. Инфекция так же развивается в течение недели. Характерный карбункул чаще всего встречается на стенке терминальной подвздошной или слепой кишки, однако могут быть поражены и ротоглотка, желудок, двенадцатиперстная кишка и верхняя подвздошная кишка. Желудочно-кишечная сибирская язва имеет две клинические формы: брюшную и пищеводную. При брюшной форме начальные симптомы — тошнота, рвота и лихорадка. По мере прогрессирования заболевания возникают сильные боли в животе, кровоизлияние и диарея с кровью, за которыми следуют сепсис и смерть. Все это — результат тяжелого и широко распространяющегося некроза начального отдела кишечника. При пищеводной форме сибирской язвы симптомы включают боль в горле, нарушение глотания, лихорадку, увеличение лимфоузлов в области шеи и отечность. Из-за таких неспецифических проявлений трудно поставить верный диагноз, что приводит к высокой смертности: умирает более половины пациентов. Однако при правильном лечении выживаемость может достигать 60%.

Самая смертоносная форма сибирской язвы — легочная: она возникает при вдыхании спор В. anthracis. Болезнь начинается коварно — с похожих на грипп симптомов: легкой температуры, усталости, недомогания, боли в мышцах и непродуктивного кашля. Начальная стадия длится около 48 часов, после чего резко сменяется развитием острой фазы. Появляются сильная одышка, тахикардия, учащенное свистящее дыхание, влажные хрипы, лихорадка и посинение кожи (цианоз). В конечном итоге пульс становится очень быстрым и слабым, одышка и цианоз прогрессируют, затем быстро наступают кома и смерть. Без лечения выживает только 10–15% пациентов, однако при агрессивном лечении выживаемость может повышаться и до 55%.

Не так давно была обнаружена новая, инъекционная, форма сибирской язвы в среде героиновых наркоманов. Ее симптомы иногда напоминают кожную форму, однако инфекция в этом случае локализуется глубоко под кожей или в мышце — в зависимости от того, куда была сделана инъекция.

Ни одна из форм сибирской язвы не заразна. Это означает, что болезнь не передается от человека к человеку, как простуда или грипп, — инфицирование может происходить только одним из означенных выше способов [13].

Вскрытие покажет

Лечение и профилактика

Для лечения всех форм сибирской язвы ВОЗ рекомендует интенсивную поддерживающую терапию и антибиотикотерапию. В качестве антибиотика, как правило, выступает знаменитый пенициллин. В тяжелых случаях его комбинируют со фторхинолонами (ципрофлоксацином или левофлоксацином) или макролидами (клиндамицином или кларитромицином). Также могут использоваться и другие антибиотики широкого спектра. При заражении самой опасной, легочной, формой сибирской язвы в ход идет тяжелая артиллерия: гемодинамическая поддержка, искусственная вентиляция легких, назначение кортикостероидов. Очень важно начать своевременное лечение, чтобы уничтожить бактерии раньше, чем их токсины попадут в кровоток [15].

Также при лечении сибирской язвы используют человеческие моноклональные (происходящие от одной клетки-предшественницы) антитела: раксибакумаб и обилтоксаксимаб. Оба препарата связывают протективный антиген (PA), в результате чего нейтрализуются оба сибиреязвенных токсина. Это происходит из-за того, что PA играет ключевую роль в сборке токсинов и поражении клеток-мишеней. Препараты рекомендованы для лечения легочной формы сибирской язвы в сочетании с антибактериальной терапией [17], [18].

Лечение сибирской язвы проводится в течение 3–7 дней при неосложненной кожной форме и 10–14 дней — при системной инфекции, которая охватывает весь организм. Если заболевание — результат биотерроризма, длительность лечения, по рекомендациям ВОЗ, может возрастать до 60 дней. В таком случае назначают ципрофлоксацин или доксициклин с тремя дозами вакцины против сибирской язвы (или же без нее) [15].

Почему различаются курсы лечения инфекций, возникших естественным путем и вызванных искусственно? Дело в том, что искусственные инфекционные болезни обладают самостоятельными клиническими аспектами, этиологией и эпидемиологией. Для заражения злоумышленники могут использовать усовершенствованные штаммы микроорганизмов: с повышенной вирулентностью, устойчивостью к отдельным лекарствам и способностью преодолевать иммунитет, возникший в результате вакцинации. О том, что заболевание вызвано воздействием биологического оружия, могут говорить невозможные эпидемиология и клиническая форма болезни. Проще говоря, можно заподозрить биотерроризм, если в природе не существует условий для развития данного эпидемического процесса, либо подобной клинической картины не наблюдается при естественном заражении. Например, существует патология мелкодисперсного аэрозоля: поражение глубоких отделов легких, вызванное проникновением инфекционных агентов размером менее 5 мкм. Эту патологию может вызвать только целенаправленное распыление биологических частиц из аэрозоля с дисперсной фазой 1–5 мкм [19].

Против сибирской язвы существуют и вакцины (см. табл.).

Несмотря на уже существующие вакцины, разрабатывают и новые — с расчетом на то, что они окажутся более безопасными и эффективными [21]. Однако ни одной вакцины нет в свободном доступе, и ВОЗ рекомендует их только для групп риска — людей, чья деятельность связана с высоким риском инфицирования: ветеринарам, некоторым лабораторным работникам и военнослужащим. Например, с 2015 года вакцину получают сотрудники Министерства обороны США и члены их семей [15].

Идеальное биологическое оружие?

Если сравнить, скажем, B. anthracis и Y. pestis — возбудителя чумы — то окажется, что B. anthracis обладает некоторыми преимуществами — разумеется, в качестве биологического оружия. Так, мы уже говорили о том, что возбудитель сибирской язвы крайне устойчив во внешней среде и может храниться в почве десятилетиями. По сравнению с ним, Y. pestis обладает небольшой устойчивостью: при низкой температуре чумная палочка сохраняется в почве до 28 суток, при высокой — быстро погибает. В выделениях больных людей и животных Y. pestis может сохраняться довольно продолжительное время (что, опять же, зависит от температуры и наличия других бактерий), но обычно не больше месяца. В крови больных животных возбудитель чумы сохраняется до 260 суток, а в замороженных человеческих трупах — 4–5 месяцев [23]. В отличие от B. anthracis, Y. pestis не образует споры.

Clostridium botulinum, возбудитель ботулизма, во многом похож на B. anthracis: это тоже грамположительная спорообразующая бактерия, обитающая в почве. В чем-то C. botulinum даже более устойчив: он выдерживает кипячение до 6 часов, тогда как B. anthracis — только 10 минут. Ботулинический токсин — самый сильный из всех биологических ядов, однако для его продуцирования нужны строго анаэробные условия, а возбудитель сибирской язвы может существовать в любой среде [8].

Возбудителем чумы является чумная палочка – бактерия, вызывающая тяжелое инфекционное заболевание, сопровождающееся воспалением лимфоузлов и лихорадкой. Зачастую в ходе болезни развивается сепсис, при котором поражаются все органы, а в ряде случаев поражается легочная ткань. При этом чума переходит в легочную форму. Возникает чумная пневмония, которая сопровождается цианозом, кашлем с пенистой кровянистой мокротой. Человек, заболевший чумной пневмонией, становится источником заражения – при этом происходит заражение первичной легочной чумой.

Переносчики заболевания в природе – суслики, сурки, песчанки, мыши и крысы, зайцеобразные, кошки. Из домашних животных – верблюды. Передается возбудитель чумы от животного к животному, а от них – человеку через блох. Инкубационный период инфекции – 2-6 дней.

Чума – крайне заразная болезнь, требующая немедленного принятия карантинных мер при малейшем подозрении на ее возникновение. При этом изолируют не только заболевшего, но и всех, контактировавших с ним на протяжении инкубационного периода. При соблюдении современных карантинных и терапевтических мер смертность от чумы составляет не выше 5-10%. В условиях современной медицинской профилактики заражения лечащего персонала, контактирующего с больным, не происходит.

Возбудитель чумы как оружие

Попытки использовать заражение чумой в военных целях предпринимались с древних времен. Первые серьезные попытки разработать биологическое оружие на основе возбудителя чумы начались во время Первой Мировой войны. Невзирая на Конвенцию 1925 г., запретившую разработку биологического оружия, попытки продолжались и долгое время после окончания Второй Мировой.

Возбудители болезни способны проникнуть в организм при вдыхании зараженного воздуха, употреблении зараженной воды и продуктов, через открытые раны и ожоговые поверхности, через слизистые, через укусы зараженных насекомых.

Самые распространенные способы применения биологического оружия:

Артиллерийские мины и снаряды;
Авиационные бомбы;
Сброс с самолетов контейнеров, мешков, пакетов и коробок;
Рассеивание с самолетов зараженных насекомых;
Распыление аэрозолей с самолетов;
Методы диверсии.

Применяется и такой способ, как оставление при отводе войск зараженных предметов обихода – еды, одежды и пр., а так же зараженных людей, которые становятся переносчиками инфекции.

Особенности распространения

При поражении возбудителями инфекции выявить болезнь удается не сразу – в течение инкубационного периода болезнь не дает видимых проявлений, не влияет на боеспособность, и беспрепятственно передается от заболевших к здоровым. Обнаружить возбудителей заболевания и определить их вид достаточно сложно – для этого требуются специальные лабораторные исследования. Это отнимает время, и затрудняет своевременное проведение противоэпидемиологических мероприятий.

Биологическое оружие не только наносит потери противнику в живой силе, но и оказывает мощное психологическое давление – поскольку страх заражения оказывает деморализующее действие на людей.

Актуальность применения биологического оружия

Высокая эффективность обусловлена малостью необходимой для инфицирования дозы агента. При этом с одного носителя возможно заражение огромных площадей. Для обеспечения защиты войск и населения от заражения, а так же ликвидации последствий заражения, требуется огромный объем сложных мер. Биологическое оружие способно поражать крупные цели, как то:

Группировки войск;
Военные базы – морские и наземные;
Крупные административные и промышленные центры;
Сельскохозяйственные районы.

Последствия применения биологического оружия снижают военно-экономический потенциал противника, ослабляет тыл, что ухудшает снабжение войск, дезорганизует государственные системы управления.

Сложности в применении биологического оружия

В лабораторных условиях сохранить вирулентность инфекционного возбудителя в течение долгого времени невозможно.
Вирулентность микроорганизма – недостаточное условие для того, чтобы вызвать эпидемию.
При рассеивании микробов большая их часть погибнет из-за несоответствующих условий.

Возбудитель чумы, растущий на питательных средах, быстро теряет способность заражать людей. И, хотя японцам во время Второй Мировой удалось вывести микроорганизмы, вирулентность которых превышала вирулентность природных штаммов в 60 раз – этого, как выяснилось, недостаточно. Мало получить вирулентный штамм – необходимо сохранить его вирулентность до попадания в организм жертвы.

Возбудитель чумы теряет способность заражать при многократном посеве в культиваторах, масштабировании производства, хранении и лиофильном высушивании.

Распыление сухих порошков немногим лучше аэрозолей. Во-первых, измельчение сухого лиофилизата бактерий до необходимого размера сопряжено с рядом сложностей. Во-вторых, сохранить тонкодисперсный порошок еще сложнее, чем получить – он быстро слеживается при хранении.

Сброс с самолетов, зараженных насекомых тоже не дает высокой гарантии поражения цели: насекомых может попросту отнести потоком воздуха от целевого участка, либо они погибнут до того, как заразят противника.

Резюмируя вышесказанное – в задачи разработки биологического оружия на основе возбудителя чумы входит:

Получение и сохранение высокой вирулентности штаммов, способных преодолевать действие современных вакцин и антибиотиков;
Сохранение жизнеспособности микроорганизмов до их попадания в организм жертвы;
Получение препаратов необходимой степени дисперсности и их сохранение с применением разрыхляющих и стабилизирующих веществ;
Разработка точных и надежных средств доставки возбудителей болезни, учитывающих, в том числе и направление ветра.

Все вышеперечисленное делает использование биологического оружия сложным и крайне затратным, но при этом эффективным средством ведения войны.

Читайте также: