بیوتروریسم و نقش آزمایشگاه میکروب‌شناسی در تشخیص حوادث بیولوژیک
عارف عاطفی1*، امیرحسین احمدیه یزدی2
1-کارشناس ارشد بیوتکنولوژی میکروبیولوژی، مرکز تحقیقات بیماری‌های عفونی، دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران
2-کارشناس بیوتکنولوژی، دانشگاه تبریز، آذربایجان شرقی، ایران
در اصطلاحات روابط بین‌الملل ترور و تروریسم به فعالیت‌های نابود‌کننده و مخوف بازیگران دولتی و غیردولتی اطلاق می‌شود که با بکارگیری شیوه‌ها و تمهیدات خشن برای رسیدن به اهداف سیاسی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. ترور به معنای ایجاد ترس زیاد و وحشت‌آفرینی می‌باشد [1]. به‌طور کلی می‌توان ابعاد تروریسم را به تروریسم ملی‌گرا، تروریسم سیاسی، نارکوتروریسم، تروریسم مذهبی، تروریسم دولتی، سایبر‌تروریسم و تروریسم آزاد تقسیم‌بندی نمود؛ همچنین تروریسم با توجه به نحوه اقدامات تروریستی و اهداف آن، به شاخه‌هایی نظیر تروریسم شیمیایی، تروریسم هسته‌ای، تروریسم مواد مخدر، تروریسم هوایی، تروریسم دریایی، تکنوتروریسم، تروریسم تشعشعاتی، بیوتروریسم و اگروتروریسم تقسیم می‌گردد [2].
حوادث بیولوژیک:
هرگونه نشانه، رویداد یا حادثه‌ی طبیعی و غیرطبیعی و یا استفاده از عوامل زیستی که موجب تضعیف و نابودی سرمایه‌های انسانی یا آسیب‌های اقتصادی از طریق تخریب و نابودی محصولات کشاورزی، گیاهی، دام و طیور، آب آشامیدنی، صنایع غذایی و محیط‌زیست در کشور گردد و موجبات به خطر افتادن ثبات و امنیت جامعه را فراهم آورد، تهدید زیستی تلقی می‌گردد [3]. شیوع یک عفونت می‌تواند به دلایل مختلفی ایجاد شود که شامل موارد زیر می‌باشند:
- شیوع خودبه‌خودی به‌دنبال یک بیماری آندمیک شناخته شده
- شیوع خودبه‌خودی یک بیماری جدید یا نوپدید
- مخاطرات و حوادث آزمایشگاهی
- حمله با عوامل بیولوژیک با مقاصد تروریستی [4].
حوادث بیولوژیک عمدی به 2 رده تقسیم می‌شود:
A. بیوتروریسم: بیوتروریسم شامل انتشار عمدی عوامل بیولوژیک است که ممکن است عواملی شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها یا توکسینها به شکل طبیعی آن یا به فرم دستکاری‌شده در آن بکار گرفته شود. عوامل بکار گرفته‌شده در این حملات معمولاً در طبيعت يافت مي‌شوند، همچنین امكان دارد در توانايي بيماري‌زايي آن‌ها تغييراتي ايجاد شود تا به منظور مقاومت در برابر داروها و درمان‌های رايج و يا افزایش قابلیت انتشار سريع آن در محيط، حدت آن افزایش یابد [5].
B. حملات بیولوژیک: حملات بیولوژیک شامل استفاده و یا پخش گسترده عوامل بیولوژیک با ابزارها و تسلیحات نظامی جهت آسیب رساندن به نیروهای نظامی و یا غیرنظامی و منابع غذایی، اقتصادی، دامی و کشاورزی یک کشور می‌باشد [5]. حملات بیوتروریستی می‌تواند به‌صورت مخفیانه و یا به‌صورت علنی بکار گرفته شود و هرکدام از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و یا توکسین‌های بیولوژیک می‌توانند به‌عنوان سلاح بیوتروریستی به کار گرفته شوند [6]. به هر نوع وسیله‌ای نظیر بمب، موشک و غیره که به‌منظور انتشار عمدی ارگانیسم‌های مولد بیماری یا فرآورده‌های بیولوژیک که با هدف آسیب و کشتار به کار برده می‌شود، جنگ‌افزار بیولوژیک گفته می‌شود و معمولاً به‌عنوان بخشی از سلاح‌های کشتارجمعی شناخته می‌شود [7].
شکل 1: طیف تهدیدات زیستی
بیوتروریسم و جنگ‌های بیولوژیک:
انسان‌ها همواره در طول تاريخ از امکانات و تکنولوژی‌هاي در دسترس براي کشتار، نابودی و دستیابی به مقاصد منفعت‌طلبانه خود استفاده نموده‌اند. در حوزه‌ی تحولات نظامی بدست آمده در قرن‌های اخیر که ریشه در استفاده از فناوری‌های نوین داشتند، از شاخه‌های علمی شیمی و فیزیک نوین به‌عنوان عوامل اصلی جهت کاربردهای نظامی و ایجاد سلاح‌های کشتارجمعی استفاده گردیده است اما روند فعلی حکایت از آن دارد که بکارگیری عوامل بیولوژیکی و مهندسی ژنتیک به‌صورت خاص جهت دستیابی به مقاصد نظامی مدنظر قرار گرفته است [8]. بیوتروریسم و پتانسیل مرگ دسته‌جمعی حاصل از آن یکی از مفاهیم جدید و مهمی است که امروزه به‌طور روز‌افزونی در محافل علمی و نظامی مطرح است [5]. بر‌اساس تعريف پليس بين‌الملل در سال 2007 میلادی، بیوتروریسم عبارت است از انتشار عوامل بيولوژيكي يا توکسینی با هدف كشتن يا آسيب‌رساندن به انسان‌ها، حيوانات و گياهان با قصد و نيت قبلي و به‌منظور وحشت‌آفرینی، تهديد و وادار نمودن يك دولت يا گروهي از مردم به انجام عملي يا برآورده كردن خواستهاي سياسي يا اجتماعي [9].
کاربرد عوامل میکروبی در جنگ یا عملیات خرابکاری، پا‌به‌پای پیشرفت در پزشکی و بیوتکنولوژی پزشکی توسعه یافته است [10]. گسترش علوم بیولوژی مولکولی، مهندسی ژنتیک، بیوتکنولوژی، سنتیک بیولوژی و استفاده از توان گسترده علمی جهت دستکاری و نوترکیبی ژن‌ها و نیز شناسایی عوامل مولکولی بیماری‌زایی، موجب افزایش مقاومت در برابر درمان دارویی و افزایش قدرت همه‌گیری شده است. همین امر زمینه را مساعد نموده است تا محققین نظامی برخلاف قوانین بین‌المللی منع توسعه سلاح‌های بیولوژیک به تحقیق و تهیه عوامل خطرناک و البته با توجیهاتی مانند تلاش برای ساخت واکسن و یا شناخت علل و عوامل بیماری‌زایی دست بزنند [11]. بمب‌های میکروبی، استتار زیستی و ضد‌سرمایش از محصولات زیست‌فناوری می‌باشد که نقش بالقوه‌ی فناوری زیستی در جنگ بیولوژیک و میکروبی مهم‌ترین ملاحظه‌ی نظامی آن محسوب می‌گردد [12].
سلاح‌های بیولوژیک که به بمب اتمی فقیران معروف است، ابزارهایی با هدف انتشار عمدی ارگانیسم‌های بیماری‌زا و یا فرآورده‌های حاصل از آن‌ها جهت کشتن و یا آسیب‌رساندن به انسان‌ها، حیوانات و گیاهان با قصد و نیت قبلی و به‌منظور وحشت‌آفرینی و تهدید طراحی می‌گردند. سلاح‌های بیولوژیک به دو گروه تقسیم‌بندی می‌شوند:
1) سلاح‌های حاوی میکروارگانیسم‌های زنده
2) سلاح‌های حاوی میکروارگانیسم غیرزنده یا توکسین (سمومی نظیر بوتولینیوم و ریسین) [13].
در اثر استفاده از عوامل بیولوژیک، افراد در معرض، یک دوره کمون از چند روز تا چند هفته را تجربه می‌نمایند که در این دوره بسته به نوع پاتوژن، شدت بیماری و پاسخ ایمنی افراد آلوده متفاوت خواهد بود. سلاح‌های بیولوژیک دارای قدرت تخریبی فوق‌العاده‌ای هستند که با ایجاد اختلال و قدرت کشندگی در موجودات زنده، قادرند قربانیان خود را به شکلی بسیار درد‌آور، مخوف و غیرانسانی کشته یا ناتوان سازند [13].
در بين ادوات و جنگ‌‌‌افزارهاي نوين، سلاح‌ها و تکنولوژی‌های ميكروبي بيشتر از ساير جنگ‌‌افزارها موردتوجه گروه‌هاي تروريستي قرار دارند. در حال حاضر سلاح‌هاي هسته‌ای یک خطر بالفعل نيستند و تنها به يك قدرت بازدارنده بالقوه تبدیل شده‌اند [14]. سلاح‌هاي ميكروبي چه در عرصه جنگي و چه در عرصه تروريستي، وسيله‌‌اي بسيار مطلوب براي دشمنان می‌باشند. توان توليد بالا، نگهداري راحت، قابليت انتشار، قابليت مصون‌سازي نيروي خودي، قابليت تكثير براي عوامل ميكروبي زنده، دشواري بسيار در رديابي فرد يا افراد متخاصم، گستردگي اثرات آن از انسان تا دام و محصولات كشاورزي و مزایای ديگر موجب گردیده تا تشكلهاي تروريستي به اين فناوري جديد رو آورده و به آن تمایل پیدا نمایند [12]. اولین شواهد مبنی بر حمله بیولوژیکی با استفاده از عوامل تنفسی، وجود تعداد بالای مصدومین می‌باشد؛ در صورت استفاده از عوامل توکسینی، علائم در عرض چند ساعت و در صورت استفاده از ارگانیسم‌های زنده در عرض چند روز منجر به حجم بالایی از مصدومین خواهد شد. درصورتی‌که حین حملات بیولوژیک از ماسک‌های تنفسی ویژه‌ای استفاده شود، می‌توان مانع از تماس این عوامل با چشم‌ها و دستگاه تنفس افراد در معرض خطر شد. بدون توانایی شناسایی یک عامل بیولوژیک در عرض چند ثانیه یا دقیقه، هیچ عامل هشدار‌دهنده‌ای برای استفاده از این ماسک‌ها وجود نخواهد داشت، بنابراین بدون استفاده از ماسک‌های مخصوص، ذرات عفونی و توکسینها وارد ریه شده و منجر به مرگ جمعیت قابل‌توجهی اعم از نظامی و غیرنظامی می‌گردد؛ مگر اینکه این افراد قبل از حمله در برابر این عوامل ایمن شده باشند و یا بعد از حمله تحت درمان‌های مناسب قرار گیرند. میزان موفقیت دفاع در برابر حملات بیولوژیکی، به استفاده از نیروهای نظامی از واکسن‌های مناسب، میزان حساسیت آنتی‌بیوتیکی عوامل میکروبی و وجود سیستم‌های هشدار‌دهنده سریع بستگی دارد [15].
ارگانیسم‌های مورد استفاده در جنگ‌های بیولوژیک:
تقریباً هر پاتوژن میکروبی انسانی یا زئونوز قادر است به‌عنوان سلاح بیولوژیک مورد استفاده قرار گیرد. یک سلاح مناسب بیولوژیک باید دارای اطمینان بالا، قیمت نازل، بیماری‌زایی شدید، در دسترس بودن واکسن مربوطه و امکان پخش به‌صورت گاز، افشانه و یا گرد باشد. عوامل بیماری‌زا که به‌منظور استفاده در سلاح‌های میکروبی مدنظر می‌باشند، بایستی بسیار قوی و به‌شدت مهلک باشند، همچنین مرحله تهیه و آماده‌سازی میکروب‌ها برای استفاده در این سلاح‌ها بسیار آسان و سریع به اجرا گذارده شود. برای تبدیل شدن یک عامل بیماری‌زا به یک سلاح بیولوژیک مؤثر و مهلک، باید سه ویژگی وجود داشته باشد که شامل انتقال از یک فردبه‌فرد دیگر، دوره واگیر طولانی به‌حدی که فرد بیمار بتواند آن را منتقل کند و توانایی ناتوان کردن یا از پای درآوردن بیمار را داشته باشند. با توجه به معیارهای بالا مناسب‌ترین سلاح‌های بیولوژیک، عامل سیاه‌زخم، آبله، طاعون، تولارمی، تب Q، آنسفالیت‌های اسبی و تب‌های هموراژیک می‌باشند؛ این در حالی است که سیاه‌زخم و آبله هر دو به‌عنوان عوامل برجسته و مهم در بیوتروریسم مطرح هستند [7]. سازمان بهداشت جهانی میکروارگانیسم‌ها را بر اساس سهولت انتقال، شدت بیماری‌زایی، میزان مرگ‌ومیر حاصله و احتمال دسترسی به عوامل بیولوژیک به سه دسته تقسیم می‌نماید که عبارتند از [13]:
این عوامل حتی با دوز پایین، به‌شدت سمی می‌باشند و از طریق پخش به‌صورت آئروسل به‌سرعت در بین افراد اجتماع قابل‌انتشار و سرایت هستند، واکسن مؤثری علیه آن‌ها در اختیار نیست و در صورت بکارگیری این‌گونه عوامل، کشتار و آسیب‌زایی فراوانی حاصل می‌شود. این عوامل دارای پایداری محیطی مناسب می‌باشند و سابقه‌ی بکارگیری در جنگ‌افزارهای بیولوژیک دارند؛ به همین دلیل هرگونه شایعه انتشار آن‌ها می‌تواند سبب دلهره و هراس در تیم‌های بهداشتی و نیز عامه مردم شود. سیستم‌های بهداشتی می‌بایست برای مواجهه احتمالی با این دسته از عوامل بیولوژیک، یک برنامه راهبردی مناسب داشته و از آمادگی لازم برخوردار باشند [7]. این دسته شامل عوامل سیاه‌زخم، بوتولیسم، تولارمی، طاعون، آبله، تب‌های هموراژیک (ابولا، ماربوگ و آرژانتین) و تب لاسا می‌باشند [13].
این عوامل گروه وسیعی از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و نیز توکسین‌های بیولوژیک را شامل می‌شوند که انتشار نسبتاً آسانی دارند، اما قدرت کشتار و آسیب‌رسانی کمتری دارند. تشخیص این ارگانیسم‌ها و توکسینها نیازمند بکارگیری انواعی از روش‌های نوین تشخیصی است [7]. این دسته شامل عوامل تب Q، بروسلوز، سالمونلا، شیگلا دیسانتری، وبا، اشرشیا‌کلی، مشمشه، آنسفالیت ونزوئلائی، آنسفالیت اسب شرقی و غربی، کریپتوسپوریدوم پاروم، بیماری ناشی از توکسین کلستریدیوم پرفرنجنس و آنترا‌توکسین B استافیلوکوک می‌باشد [13].
این گروه شامل میکروارگانیسم‌های نوظهور و شدیداً بیماری‌زایی می‌باشند که به‌راحتی در دسترس بوده و قدرت تکثیر و انتشار آسان دارد و می‌توانند با فناوری‌های زیستی طوری تغییر نمایند که به‌عنوان ارگانیسم‌های مرگبار در جنگ‌افزارهای بیولوژیک مورد استفاده گیرند. این عوامل از این نظر موردتوجه می‌باشند که به علت نبود دانش کافی از راه‌های انتشار، مکانیسم‌های عفونت‌زایی و کنترل آن‌ها، برای مواجهه احتمالی با عوامل این گروه، باید پژوهش‌ها در حوزه‌های تشخیص، درمان و پیشگیری از عفونت‌های حاصله توسعه یابد [7]. این دسته شامل ویروس‌های گروه نیپا، هانتا، ویروس سارس، ویروس ایدز، آنفلوانزا H1N1، تب زرد و مایکوباکتریوم توبرکلوزیس مقاوم به چندین دارو می‌باشند [13].
ضرورت‌های تشخیص زودهنگام حملات بیولوژیک
توجه روز‌افزون به اهميت سلاح‌هاي بيولوژيك و در نتیجه افزايش تهديد بكارگيري اين عوامل در جنگ‌ها، عمليات تروريستي و تهاجم مخفيانه به منابع اقتصادي، ضرورت تشخيص سريع عوامل بيولوژيك نظامي را به‌طور جدي مطرح می‌سازد [16]. به همین دلیل تشخیص زودهنگام عوامل بیوتروریستی برای دولت‌های صلح‌طلب جهت حفظ جان مردمشان امری بسیار خطیر و مهم است؛ هرچند برخلاف عوامل شيميايي و هسته‌اي كه توسط دستگاه‌های تشخيصي حتی در مقادير بسيار كم به‌سرعت و از فاصله دور قابل شناسايي مي‌باشند؛ عوامل بيولوژيك به دلیل پيچيدگي مولكولي مشكلاتي را در امر تشخيص سريع ايجاد مي‌نمايند [17]. تشخیص سریع و دقیق عوامل بیولوژیک بدون بهره جستن از فناوری‌های نوین همچون فناوری نانو، زیست فناوری و … امکان‌پذیر نیست. عدم توانایی تشخیص سریع و دقیق عوامل بکار گرفته شده در حملات بیوتروریستی سبب گردیده است که این عامل از نظر میزان صدمات و تهدیدات حاصل، همسنگ با سلاح‌های هسته‌ای و حتی خطرناک‌تر به دلیل شیوع به مناطق دیگر و حتی همه‌گیری جهانی محسوب گردند. روش‌های متعددی جهت شناسایی و تعیین هویت عوامل بیوتروریسم ابداع و بکار گرفته شده است که برخی از این روش‌ها تا قبل از سپتامبر 2001 میلادی و برخی دیگر بعد از آن زمان توسعه یافته‌اند. اگرچه برای بسیاری از تکنیک‌ها، ادعا شده است که سریع، دقیق و قابل‌اعتماد می‌باشند، اما در عمل، تعداد محدودی از آن‌ها به‌طور کاربردی برای تشخیص عوامل بیوتروریسم مورد استفاده قرار گرفته‌اند [17].
هدف از تشخيص سريع حضور عوامل بيولوژيك ناشی از حملات تروریستی، عبارت از آگاهي در زمان كوتاه پس از وقوع حمله و پیش از مبتلا كردن افراد جامعه (ناتواني، مرگ يا آلوده نمودن اهداف كه مي‌تواند انسان، منابع آب، دام‌ها و محصولات استراتژيك كشاورزي و غذايي است) است، به‌نحوی‌که اولاً بتوان با اعلام هشدار، اقدامات حفاظتي فردي و جمعي ضروري را انجام داد و ثانیاً از گسترش عامل به ساير مناطق جلوگيري نموده و نيروهاي مسئول پدافند، امداد و درمان بتوانند به پاكسازي، قرنطينه و ساير اقدامات لازم حین حمله بيولوژيك بپردازند. مشكل اصلی در برنامه‌‌ريزي و ایجاد آمادگي براي رویارویی با جنگ‌های ميكروبي، اطلاع داشتن از وقوع حمله و وجود عوامل بيولوژيك در منطقه است. روش‌هاي دفاع علیه جنگ‌های بيولوژيك و روش‌هاي تشخيص وقوع حمله، عمدتاً مبتني بر علائمي است كه پس از حضور و تأثیر عامل بیولوژیک در موجودات زنده ايجاد مي‌گردد. در واقع در اين روش‌ها، هنگامی تشخيص صورت مي‌پذیرد كه عامل، مؤثر واقع شده و در حال توسعه است، درحالی‌که تشخيص حضور عامل بايد قبل از بروز علائم و صدمات بيشتر امكان‌پذير گردد [16].
نقش آزمایشگاه میکروب‌شناسی در بیوتروریسم:
رخداد هر نوع شیوع با ابعاد کوچک یا بزرگ را می‌بایست به‌عنوان یک حمله بیوتروریستی بالقوه تلقی نمود. پیگیری و شناسایی دقیق و سریع شواهد پیرامون شیوع برای یافتن نتایج غیرطبیعی که دلالت بر رخداد حوادث بیوتروریسمی دارد، ضروری است. برخلاف شیمیوتروریسم، علائم بالینی تروریسم بیولوژیکی سریع آشکار نمی‌گردد و می‌تواند شروعی آرام و خفیف داشته باشد. اصل برخورد اپیدمیولوژیک با جنگ بیولوژیک همانند سایر تحقیقات استاندارد، اپیدمیولوژی است. اولین مرحله تأئید شیوع، استفاده از یافته‌های آزمایشگاهی و کلینیکی است [18].
آزمایشگاه‌های بالینی میکروب‌شناسی دارای نقش کلیدی در تشخیص و تعیین هویت عوامل بیولوژیکی مورد استفاده در حوادث بیوتروریستی می‌باشند. آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی را می‌توان بر اساس امکانات و توانمندی‌ها به چهار سطح طبقه‌بندی کرد [19]:
سطح I: آزمایشگاه‌های سطح 1، وسیع‌ترین و با بالاترین گسترش جغرافیایی آزمایشگاه‌ها در شبکه آزمایشگاهی بالینی می‌باشند. این تیپ آزمایشگاه بایستی مجهز به هود بیولوژیکی کلاس II باشد. همچنین این آزمایشگاه‌ها باید قادر به انجام رنگ‌آمیزی گرم و شناسایی عوامل بیوتروریستی بحرانی، با انجام تست‌های نسبتاً ساده باشند.
سطح II: فعالیت‌های آزمایشگاهی سطح دو شامل انجام تست‌های ساده جهت تعیین سریع عوامل بیولوژیکی (به‌عنوان مثال فلورسانت آنتی‌بادی) و تست‌های سنجش حساسیت می‌باشند.
سطح III: آزمایشگاه‌های سطح سه بایستی توانایی انجام تست‌های تکثیر اسیدهای نوکلئیک، تایپ کردن مولکولی و سنجش و شناسایی عوامل توکسینی را داشته باشند.
سطح IV: وظیفه این آزمایشگاه‌ها آرشیو کردن عوامل بیولوژیکی، انجام تست‌های اختصاصی شامل کشت و تعیین هویت مولکولی می‌باشد. این‌گونه آزمایشگاه‌ها مجهز به سطح 4 ایمنی زیستی می‌باشند.
شکل 2: A) سطوح آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی و
B) نحوه ارتباط آزمایشگاه‌ها در تشخیص بیوتروریسم
از سال 1999 میلادی مرکز کنترل و پیشگیری بیماری (CDC) با همکاری FBI و انجمن آزمایشگاه‌های بهداشت عمومی ایالات متحده (APLH)، با توجه به سیاست‌های ضد‌تروریسم ملی و مأموریت‌های خاص اختصاص داده شده به این واحدها، شبکه حمایت پاسخ آزمایشگاهی (The Laboratory Response Network Partners in Preparedness (LRN)) را راه‌اندازی نمودند. امروزه LRN با وظیفه حفظ شبکه یکپارچه در سطوح ایالتی، فدرالی، نظامی و آزمایشگاه‌های بین‌المللی است که می‌تواند به بیوتروریسم، شیمیوتروریسم و نیز دیگر فوریت‌های بهداشت عمومی پاسخ دهند. LRN یک شبکه مشتمل بر 160 آزمایشگاه بین‌المللی است که در جهت انجام تست‌های سریع عوامل بیولوژیکی و شیمیایی، شناسایی، پشتیبانی و عملیاتی شده‌اند.
شکل 3: محل‌های برپایی آزمایشگاه‌های شبکه حمایت پاسخ آزمایشگاهی تا سال 2012 میلادی
بیوتروریسم نوین و کاربرد بیوریگولاتورها در بیوتروریسم نوین
بیوتروریسم و تشخیص زود هنگام عوامل بیوتروریسم بوسیله نانوسنسورها
برای دانلود فایل pdf بر روی لینک زیر کلیک کنید
ورود / ثبت نام