Botulinum toxin as a biological weapon. The main aspects in the field of military medicine

Full Text

Введение. Ботулотоксин, один из самых мощных известных нейротоксинов, продуцируемый бактериями Clostridium botulinum, вызывает смертельно опасное заболевание – ботулизм. Изначально исследованный в медицинских целях для лечения неврологических расстройств и косметических процедур, ботулотоксин обладает двойственным потенциалом, представляя серьезную угрозу в качестве биологического оружия. Его легкость в производстве, высокая токсичность и способность вызывать массовые отравления делают его привлекательным для военных и террористических организаций. В данной статье рассматривается история применения ботулотоксина в военных целях, начиная с попыток его использования в качестве оружия массового уничтожения во время Второй мировой войны и холодной войны. Анализируются современные риски, связанные с его возможным применением террористическими группировками, а также меры по предотвращению и реагированию на подобные угрозы. Особое внимание уделяется международным усилиям по контролю над производством и распространением ботулотоксина, а также разработке эффективных методов обнаружения и лечения отравлений.

Цель исследования. Исследовать и рассмотреть использование ботулинического токсина в различные периоды истории, а также подробно описать и проанализировать его воздействие и современные методы предотвращения и нейтрализации ботулотоксина как в условиях войны, так и в мирное время.

Материалы и методы. Ретроспективный анализ и исследование научной литературы по данной теме, изучение исторических документов, хранящихся в архивах.

Результаты исследования:

XX век по праву можно считать веком химического прогресса, когда на фоне пика химической промышленности произошло развитие токсикологии. В 1925 году был подписан Женевский договор, запрещающий применение химического и биологического оружия в вооруженных конфликтах. Однако, несмотря на договор, начало использования ботулотоксина в качестве биологического оружия приходится на 1930 год, когда японский «Отряд 731» под командованием генерала Сиро Исии экспериментировал на заключенных, применяя на них ботулотоксин, для изучения его эффектов [1]. Во времена Второй мировой войны США и Германия задались идеей применения ботулотоксина в военных операциях. Его преимуществом считалась его высокая летальность, к тому же он мог использоваться в целях диверсионных атак, направленных на массовое поражение противника. Имеются данные, что токсин производился в «огромных цементных чанах» в виде высокоактивного порошка. 20 января 1944 году Германия прямо угрожала Швейцарии применениемм ботулинического токсина, обозначаемый кодом «агент Х», о чем свидетельствуют данные письма британского национального архива. В конце концов ботулинический токсин стоял на равне с сибирской язвы, используемой в целях поражения стороны противника фашистскими войсками [2].

Конвенция о запрещении разработки, производства и накопления запасов бактериологического (биологического) и токсинного оружия и об их уничтожении 1972 года (КБТО): Полностью запрещает разработку, производство, накопление, приобретение и сохранение биологического оружия, включая ботулотоксин [3].

Холодная война также оставила свой след в прменении ботулотоксина как бологического оружия. СССР и США активно разрабатывали биологическое оружие, в том числе ботулотоксин. Имеются данные о производстве больших запасов БТ, но нет подтвержденных случаев его применения [4].

Исследование Гийемен рассказывает о том, как Советский Союз после Конвенции о биологическом оружии 1972 года начал активно развивать свои программы по его созданию. В 1973 году Совет министров СССР создал «Биопрепарат» — предприятие, которое занималось коммерческими биологическими исследованиями. На самом деле это была секретная программа по созданию биологического оружия. У «Биопрепарата» было много исследовательских центров и заводов. В Оболенске под Москвой работал огромный комплекс, где трудились тысячи учёных.

Подозрения относительно советского биологического оружия то усиливались, то ослабевали в Соединенных Штатах, и, в конечном итоге, с разоблачениями перебежчика Кена Алибека, программа стала известна, но обоснования, которые ее оправдывали, остаются неясными [5, 6].

В качестве биооружия применялся именно ботулинический токсин типа А (Botulinum neurotoxin serotype A, BoNT/A, БТ-А). Продуцентом токсина является анаэробная грамположительная спорообразующая палочка Clostridium botulinum (ее вегетативная форма). Эта бактерия широко распространена в почве, воде, донных отложениях, кишечнике животных. Споры очень устойчивы к высоким температурам, высушиванию, дезинфицирующим средствам и могут сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени. Для токсинообразования необходимы анаэробные условия, pH > 4.6, температура 20-45°C (оптимально 30-40°C).

БТ-А является нейротоксином, блокирующим высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах на пресинаптическом уровне. Токсин связывается с рецепторами на поверхности нервных окончаний, проникает внутрь нервного окончания путем эндоцитоза. Легкая цепь токсина (L-цепь) высвобождается в цитозоль нервного окончания. L-цепь токсина является цинк-зависимой эндопептидазой, которая расщепляет SNARE-белки (SNAP-25 в случае БТ-А), необходимые для слияния ацетилхолиновых везикул с клеточной мембраной и высвобождения нейромедиатора. В результате блокируется высвобождение ацетилхолина, что приводит к нарушению нервно-мышечной передачи и развитию паралича [7].

Клинические проявления характеризуются симметричным нисходящим параличом, начинающимся с поражения черепных нервов (двоение в глазах, опущение век, нарушение глотания, дизартрия), затем распространяется на мышцы шеи, конечностей и дыхательную мускулатуру. Характерной особенностью является то, что в отличие от большинства инфекционных заболеваний, ботулизм не сопровождается повышением температуры тела.

Токсичность БТ-А чрезвычайно высока, считается одним из самых мощных известных ядов. Для человека летальная доза БТ-А составляет всего около 1-2 нанограмм при внутривенном введении или 13 нанограмм при ингаляционном воздействии.

К одному из недавно разработанных современных методов диагностики ботулизма  относится использование приборов со специальными микрочипами. Так, используется универсальный портативный анализатор ePaTOX II, который предназначен для высокочувствительного обнаружения белков, токсинов, нуклеиновых кислот и других биомолекул в образцах разных видов. Прибор позволяет определить ботулинический токсин типов А, В, Е и F и может использоваться как в стационарных и переносных лабораториях. Отдельно выделенные энзимы из подозрительного продукта фиксируются на микрочипе и преобразуется в субстрат, который может быть идентифицирован в результате электрохимической реакции. Получаемый электрический сигнал прямо пропорционален количеству молекул мишеней в исследуемом образце. Полное время анализа при обнаружении ботулинических токсинов занимает примерно 20 минут [8].

В настоящее время в качестве альтернативного метода обнаружения ботулотоксина в полевых условиях также актуально использование различных биосенсоров с акустической волной, что позволяет идентифицировать токсины в жидкой фазе. Так, например, датчик акустических волн типа Лав (кварцевая подложка AT-cut, направляющий слой SiO2) с центральной частотой около 120 МГц использовался для обнаружения имитатора патогенного ботулинического нейротоксина типа А — рекомбинантной лёгкой цепи BoNT-A — в жидких образцах.

Исследования показали, что датчик позволяет избирательно обнаруживать анализируемые вещества в течение нескольких минут. Кроме того, датчик можно использовать несколько раз (регенерация датчика возможна с использованием буфера с низким pH). При использовании этого устройства были успешные попытки обнаружения и золотистого стафилококка [4].

Следует выделить основные эффекты от использования ботулотоксина в качестве оружия массового поражения. Применение БТ-A в густонаселенных районах может привести к массовым заболеваниям и высокой смертности. Паралич мышц, вызванный ботулотоксином, способен временно или навсегда вывести из строя личный состав противника. Это нарушает боеспособность подразделений и затрудняет выполнение поставленных задач. Применение БТ-A может вызвать панику и дезорганизацию среди населения и военнослужащих противника. Страх перед заражением и непредсказуемые последствия могут подорвать моральный дух и снизить эффективность действий. Токсин может загрязнить пищевые продукты, воду и другие ресурсы, что создаст долгосрочные проблемы для здоровья населения и экономики. Лечение ботулизма требует введения ботулинического антитоксина (БАТ), который не всегда доступен в достаточном количестве [8]. Кроме того, эффективность БАТ снижается при позднем введении. Даже небольшое количество выпущенного БТ может привести к огромным расходам на санитарно-эпидемиологические мероприятия, медицинское обслуживание и ликвидацию последствий [9].

Заключение. Применение ботулотоксина (БТ) в военных целях, является серьезным нарушением международных договоров и моральных принципов. Несмотря на международные запреты, угроза использования ботулотоксина в качестве биологического оружия сохраняется до сих пор.  Ботулинический токсин представляет серьезную угрозу для военной медицины и общественного здравоохранения. Использование ботулотоксина в военных и террористических целях может привести к  массовым вспышкам заболевания и гибели гражданского населения, выводу из строя личного состава вооруженных сил, панике и дезорганизации, заражению окружающей среды и экономическому ущербу.

About the authors

Alexandr Vadimovich Aseev

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Email: al-aseev@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-4033-516X
SPIN-code: 3706-7630
Russian Federation, 394036, Russia, Voronezh, st. Studencheskaya, 10

Artem Andreevich Khochenkov

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Email: khochencovartem@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-2123-3118
Russian Federation, 394036, Russia, Voronezh, st. Studencheskaya, 10

Natalia Yurievna Naraeva

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Email: naraewa.nat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7848-7013

PhD, Associate Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, 394036, Russia, Voronezh, st. Studencheskaya, 10

Ksenia Dzhamilievna Shichalieva

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Author for correspondence.
Email: naraewa.nat@yandex.ru
SPIN-code: 6728-4739

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, 394036, Russia, Voronezh, st. Studencheskaya, 10

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.