生物武器-炭疽桿菌

生物武器——炭疽桿菌美國911事件曾采用了炭疽桿菌作為生物武器。911恐怖襲擊之后，2001年10月5日，佛羅里達州一名63歲的白人死于吸入性炭疽。截至2002年1月26日，共發(fā)現(xiàn)11例吸入性炭疽病例(其中5名患者死亡)和11例皮膚炭疽病例(7例確診病例和4例疑似病例)。[1]長期以來，炭疽桿菌被認為是一種潛在的生物戰(zhàn)劑，在第一次世界大戰(zhàn)(德國)中被研究并制成武器，用于對抗動物，在第二次世界大戰(zhàn)中也用于對抗動物和人類。保羅·菲爾德斯博士于20世紀40年代在倫敦領導了英國的研究工作，到1940年11月，他已經確定使用生物戰(zhàn)劑的最有效方法是從爆炸彈藥(如炸彈)中細菌的液體懸浮液中散布一種肺部滯留大小顆粒的氣溶膠，這樣目標區(qū)域的任何人都可以吸入有效濃度的氣溶膠。第二次世界大戰(zhàn)期間，在蘇格蘭西海岸外的格魯納爾島進行了炭疽桿菌作為生物戰(zhàn)潛在制劑的試驗。裝有炭疽芽孢桿菌孢子漿的小型炸彈被引爆:大部分懸掛在距離地面約6英尺的一個臺架上，但有一枚是從飛機上扔下來的。觀察到產生的孢子氣溶膠云穿過爆炸地點順風方向不同距離處拴著的綿羊線，幾天后，幾只綿羊死于炭疽熱。因此，公開使用的生物武器的致命性已經顯示出來；不幸的遺產是一個被有毒微生物的持續(xù)孢子嚴重污染的島嶼。從1948年到1968年，國防部工作人員每年對土壤樣本進行測試，并在1972年再次進行測試，發(fā)現(xiàn)土壤樣本中仍含有炭疽芽孢桿菌的活孢子。[2]1979年進行的調查顯示，機架周圍的區(qū)域仍然被污染到可檢測的程度，但是更大范圍的不可檢測污染區(qū)域，可能包含局部高濃度的孢子，也可能構成危險。1979年，在斯維爾德洛夫斯克(前蘇聯(lián))，一個軍事綜合體19號大院的下風處，由于空氣過濾器未能啟動，突然爆發(fā)了肺炭疽。66至105人死亡。[3]炭疽桿菌作為細菌武器的恐怖之處可見一斑。那么炭疽桿菌究竟是什么？又是因為什么說炭疽桿菌是生物武器的理想材料？炭疽桿菌菌體粗大，兩端平截或凹陷，是致病菌中最大的細菌。排列似竹節(jié)狀，無鞭毛，無動力，革蘭氏染色陽性，本菌在氧氣充足，溫度適宜（25～30℃）的條件下易形成芽胞。炭疽桿菌是一種革蘭氏陽性細菌，是炭疽的病原體。這種生物是莢膜原和毒素原。它分泌由三種蛋白質組成的兩種毒素:保護性抗原(PA)、致死因子(LF)和水腫因子(EF)。致死毒素(PA+LF)引起動物亞致死，水腫毒素(PA+EF)引起水腫。水腫和致死因子通過保護性抗原內在化到真核靶細胞中。EF和LF分別發(fā)揮鈣調蛋白依賴性腺苷酸環(huán)化酶和金屬蛋白酶活性。[4]炭疽桿菌是一種內生細菌，能引起吸入性炭疽。關鍵的毒力基因在質粒(染色體外、環(huán)狀、雙鏈脫氧核糖核酸分子)pXO1和pXO2上發(fā)現(xiàn)。為了鑒定可能導致毒力的其他基因，我們分析了

B.anthracis

Ames(大約5.23兆)。我們發(fā)現(xiàn)了幾種可能有助于致病性的染色體編碼蛋白質——包括溶血素、磷脂酶和鐵獲取功能——并確定了許多可能是疫苗和藥物重要靶標的表面蛋白質。幾乎所有這些假定的染色體毒力和表面蛋白在蠟樣芽孢桿菌中都有同源物，這突出了炭疽芽孢桿菌與與炭疽無關的近鄰的相似性。通過對炭疽桿菌DNA微陣列進行19株蠟樣芽胞桿菌和蘇云金芽胞桿菌菌株的比較基因組雜交，我們證實了這組近親之間染色體基因的一般相似性。然而，我們發(fā)現(xiàn)pXO1和pXO2的基因序列在菌株之間更易變化，這表明質粒在該組中的移動性。[5]盡管對炭疽熱的病因有了早期的了解，但人類的致病過程仍不明確。動物研究表明，機體與巨噬細胞的相互作用是疾病過程中的關鍵事件。孢子似乎需要巨噬細胞的環(huán)境來刺激發(fā)芽。產生的營養(yǎng)細胞能夠在巨噬細胞的惡劣環(huán)境中存活，并以尚未確定的方式逃離細胞。眾所周知，生物體表達一種稱為致死因子的毒素，巨噬細胞對這種毒素特別敏感。低水平時，低頻刺激休克誘導介質、腫瘤壞死因子α和白細胞介素-1β的產生。在較高水平，毒素導致巨噬細胞死亡和細胞因子釋放到血流中。因此，死亡很可能是由大量菌血癥和細胞因子誘導的休克共同引起的。[6]炭疽有三種形式。目前最常見的是皮膚炭疽，占所有人類病例的90%以上，是通過皮膚損傷獲得的。另外兩種形式是胃腸炭疽和肺炭疽(或吸入炭疽)。[7]吸入炭疽，從呼吸道上皮轉移到區(qū)域淋巴結是建立感染的早期步驟。據認為，這種轉移是通過吞噬作用后在肺泡巨噬細胞內的運輸而發(fā)生的。因此，炭疽芽孢桿菌通過宿主巨噬細胞或樹突狀細胞遷移的能力似乎是炭疽芽孢桿菌的早期和關鍵步驟。發(fā)病。[8]吸入感染型(肺炭疽)和經口感染型(腸炭疽或口咽部炭疽)，后兩型又稱內臟炭疽，易誤診，治療不當死亡率高達70%-100%。腦膜炎型炭疽和敗血癥型炭疽，多繼發(fā)，病死率極高。炭疽可以形成芽胞，芽胞在菌體的中間形成，所以也叫內芽胞，芽胞是細菌的休眠體[9]，營養(yǎng)條件不好時形成，能耐受多種極端條件，存活很長很長的時間，甚至長達數(shù)百萬年。這也是這種疾病雖然古老，但是一直未曾遠去的原因。而且它又是自然疫源性疾病，生生不滅。因為它存活性強并且容易獲取的特性，炭疽桿菌被稱為窮人的核武器，二戰(zhàn)中的日本731部隊，德國、英國，冷戰(zhàn)時期1979年蘇聯(lián)的事故，通過白色粉末郵件門爆料出來的美國，再有伊拉克戰(zhàn)爭時的“炭疽夫人”等等。[10]因此炭疽桿菌常用作生物武器的原因是什么？危害大固然是一個原因，炭疽桿菌的莢膜與炭疽毒素是主要的致病物質。炭疽皮膚型易診斷治療，但肺炭疽、炭疽腦膜炎及腸炭疽診斷困難，癥狀嚴重，死亡率高。如果要分條細說的話，就是：1、傳染途徑廣，炭疽是人畜共患的傳染病，也就是說，其傳染方式不止拘泥于人這單一載體，動物也可以傳播這種疾病。2、生存力強，據說曾經英國人繳獲的一只德國人在1918年裝有炭疽桿菌的密封試管，在1997年任監(jiān)測出有活性物質存在。3，潛伏期適中，炭疽病的潛伏期在2天到兩周左右，如果在人群密集場所使用氣溶膠形式向外散播炭疽孢子，那么按照人員流動程度，最終的傳播范圍將十分恐怖。4，致死性極高。肺炭疽的致死率高達45%，而腸炭疽的致死率高達80%甚至以上。5，獲取簡單，易于大量培養(yǎng)。聯(lián)邦調查局在2002年宣稱，只要2500美元，就足以制造一場生物恐怖襲擊。在軍事行動中，炭疽不太可能對行動造成嚴重干擾，盡管地面會出現(xiàn)殘余污染，格魯納爾德的經驗表明了這一點。炭疽熱對一個城市的平民來說更危險。根據科學計算，世界衛(wèi)生組織估計，在一座50萬居民的城市里，50公斤炭疽干粉通過兩個小時的霧化釋放后，可能會造成人員傷亡。據計算，將有95000人死亡，125000人喪失行為能力。醫(yī)療資源的壓力將是巨大的，導致12，500人(其中10%喪失能力)需要床位，125，000人需要60天的抗生素，95，000人死亡。這幾乎肯定會導致醫(yī)療資源和民用基礎設施迅速全面崩潰。[10]因此，炭疽桿菌真的是一個非常強的生物武器。這也是為什么聯(lián)合國要推出《禁止生物武器公約》?？茖W是一把雙刃劍,它可以造福人類,但一旦被戰(zhàn)爭狂人利用,也會毀滅人類。蔡恬樂518021910088機械與動力工程學院參考文獻:[1]Clarke,Richard(2004),AgainstAllEnemies:InsideAmerica'sWaronTerror,NewYork:FreePress,ISBN0-7432-6024-4[2]MancheeRJ,BrosterMG,MellingJ,etal.BacillusanthracisonGruinardisland[J].Nature,1981,294(5838):254-255.[3]SpencerRC.Bacillusanthracis[J].Journalofclinicalpathology,2003,56(3):182-187.[4]BrossierF,MockM.ToxinsofBacillusanthracis[J].Toxicon,2001,39(11):1747-1755.[5]ReadTD,PetersonSN,TourasseN,etal.ThegenomesequenceofBacillusanthracisAmesandcomparisontocloselyrelatedbacteria[J].Nature,2003,423(6935):81.[6]BaillieL,ReadTD.Bacillusanthracis,abugwithattitude![J].Currentopinioninmicrobiology,2001,4(1):78-81.[7]Hanna,PhilipC.,andJohnAWIreland."UnderstandingBacillusanthracispathogenesis."Trendsinmicrobiology7.5(1999):180-182.[8]Pickering,AlisonK.,etal."CytokineresponsetoinfectionwithBacillusanthracisspores."Infectionandimmunity72.11(2004):6382-6389.[9]TurnbullPCB.Introducti