Descrizione di evento
Guerra biologica è l’uso deliberato di organismi viventi, o tossine derivate da loro, che causano malattie negli esseri umani, animali o piante, in conflitto o attacco terroristico.1 Le armi biologiche, quindi, includono gli organismi viventi e le tossine che producono. Le tossine sono composti biologicamente attivi ma non crescono o si riproducono, 2 anche se una volta prodotte possono agire da soli senza fare affidamento sull’organismo.,3 Nel caso di un’arma biologica tossina, è il veleno prodotto, piuttosto che il microrganismo, che è un’arma.2
Diversi batteri del genere Clostridium producono tossine e sono considerati potenziali agenti di bioterrorismo.I clostridi 4,5 sono bacilli gram-positivi, non incapsulati, spore-formanti, fermentativi, catalasi-negativi, di forma rettangolare.6,7 Di circa 90 specie, meno di 20 sono noti per essere associati a malattie cliniche negli esseri umani,5 tra cui botulismo, tetano, gangrena gassosa e intossicazione alimentare.,4,5 Clostridium perfringens,che potrebbe essere il patogeno batterico più comune, 5 è onnipresente e si trova nel suolo, nell’acqua e nei tratti gastrointestinali dei mammiferi, inclusi gli esseri umani.8,9 Descritto per la prima volta nel 1892 la sopravvivenza di questi batteri in natura (anche in ambienti difficili) è dovuta alle sue endospore resilienti. Queste spore possono germinare in una durata estremamente breve di meno di 10 minuti in un organismo vegetativo.10 Ci sono cinque ceppi di C. perfringens (tipi designati da A a E4) che producono più di 20 tossine,11 il più grande numero di batteri.,12 Le principali tossine letali identificate con C. perfringens sono alfa, beta, epsilon, iota e enterotossina.6 Tipo A C. perfringens, che produce la tossina alfa, è più comunemente associato con gastroenterite non complicata negli esseri umani e miosite e mionecrosi, noto anche come gangrena gassosa. Tipo C C. perfringens causa anche malattie negli esseri umani, in particolare enterite necrotizzante e setticemia.13 L ” unico uso noto riportato di C. perfringens come arma biologica è durante la seconda guerra mondiale dal programma giapponese armi biologiche, Unità 731, che ha usato schegge contaminate con C., perfringens nel tentativo di aumentare l’incidenza e la gravità delle infezioni della ferita negli esseri umani.
La tossina Epsilon, la tossina clostridiale più potente dopo le neurotossine del botulino e del tetano,14 è una tossina che forma i pori9 prodotta da C. perfringens tipi B e D. 4 Questi sono organismi commensali il cui ospite primario è la pecora, sebbene siano occasionalmente isolati da altri erbivori, come capre e cattle15 e raramente umani.16 L’infezione naturale colpisce tipicamente il bestiame, principalmente pecore e capre,9,15 in cui produce enterotossemia9 e malattia renale polposa.,7,17 Sebbene non vi siano segnalazioni di morte nell’uomo per tossina epsilon15 e solo poche segnalazioni di malattia nell’uomo,12 la sua tossicità e patogenesi clinica estrapolata dagli animali ne fanno un potenziale agente bioterroristico.6 Per questo motivo i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) hanno designato la tossina epsilon come agente biologico di categoria B insieme all’enterotossina stafilococcica B e alla ricina.3,18,19
La tossina epsilon è prodotta come prototossina, che viene scissa dalla tripsina, dall’alfa-chimotripsina e dalla lambda-chimotripsina (gli ultimi due dei quali sono prodotti anche da C., perfringens) nella forma attiva.8,9,12 Questa forma attiva è circa 1000 volte più tossica della prototossina.8,20 In un’infezione naturale negli erbivori una grande dose di tossina epsilon intraintestinale provoca un aumento della permeabilità intestinale, facilitando l’ingresso di C. perfringens dall’intestino nella circolazione sistemica con diffusione ematogena a tutti gli organi,12,21 principalmente cervello, polmoni e reni.8,9 La tossina non entra nelle cellule e non ha alcuna attività intracellulare.,21 Piuttosto, si lega a un recettore sulla membrana cellulare22 e oligomerizza per formare un poro, creando un canale di diffusione non selettivo per i soluti idrofili.9,15,21,23 In questo modo è simile ad altre tossine che formano pori, in particolare l’aerolisina.Gli spostamenti di ioni 9,12 attraverso questo poro portano ad una rapida diminuzione del potassio intracellulare, aumento del cloruro intracellulare e del sodio e un aumento più lento del calcio intracellulare.9,21 L’efflusso di potassio intracellulare provoca blebbing della membrana plasmatica, gonfiore cellulare,lisi, 15 e morte cellulare.,21 Questa interruzione dell’endotelio vascolare porta ad alterazioni osmotiche, tra cui lo stravaso delle proteine del siero e dei globuli rossi e l’edema massiccio18 che coinvolge il cervello, 24, 25 reni,polmoni,26 e fegato,27 manifestandosi clinicamente come edema cerebrale,24,25 edema polmonare,4,24,25 raccolte di liquido pericardico,15,25,28 edema renale, 25 e disturbi gastrointestinali.
In studi su animali la tossina epsilon somministrata per via endovenosa si accumula preferenzialmente nel cervello., Oltre alla formazione dei pori, la tossina epsilon interrompe anche il citoscheletro cellulare,9 che gli consente di attraversare efficacemente la barriera emato-encefalica.9,30 Cambiamenti patologici sono caratterizzati da focale a diffuso14 necrosi liquefattiva ed edema perivascolare nella capsula interna, talamo,sostanza bianca cerebellare, 12 e meningi.7 Ad alte dosi la neurotossicità della tossina epsilon è dovuta alla stimolazione dei neuroni presinaptici, che porta a un eccessivo rilascio di glutammato.12,14,31 In misura minore, la tossina epsilon provoca anche il rilascio di dopamine14 e acido gamma-aminobutirrico (GABA).,31 Sebbene controverso, è stato segnalato che la tossina epsilon agisce direttamente sulla mielina nel sistema nervoso periferico e centrale.12,30 Oltre al cervello, la tossina epsilon si accumula anche nei reni, 26 dove può verificarsi necrosi della corteccia renale (la cosiddetta “malattia renale polposa”).7,17
Il potenziale impatto di un’arma biologica della tossina epsilon sull’uomo deve essere estrapolato dagli studi sugli animali., Studi su pecore, capre e mice4 suggeriscono che l’inalazione da parte dell’uomo potrebbe portare a danni delle cellule endoteliali vascolari polmonari, con conseguente edema polmonare ad alta permeabilità e diffusione ematogena ai reni, al cuore e al sistema nervoso centrale.15 Il sistema nervoso centrale è l’obiettivo primario della tossina epsilon.14 Pertanto la presentazione più clinicamente significativa nell’uomo è la stimolazione neurologica dovuta al rilascio del neurotrasmettitore eccitatorio glutammato.30 Questo potrebbe manifestarsi come atassia, debolezza,vertigini,32 tremore, 27 e convulsioni.,30 Coma è una potenziale presentazione tardiva.32 Le manifestazioni polmonari dovute all’esposizione inalatoria possono includere irritazione respiratoria, tosse, broncospasmo, dispnea,32 sindrome da distress respiratorio negli adulti e insufficienza respiratoria.32 Anomalie cardiovascolari possono includere tachicardia,ipotensione, 32 o ipertensione, 12 portando a un successivo collasso cardiovascolare.24 Disturbi gastrointestinali possono presentarsi come nausea, vomito,diarrea,29,32 gravi crampi addominali e distensione, 29 e diminuzione della motilità intestinale.,12 Tossicità Epsilon-tossina può causare iperglicemia e glicosuria12 a causa di alterato metabolismo epatico del glicogeno.La pancitopenia è una complicanza tardiva con conseguente sanguinamento, ecchimosi e immunosoppressione.32,33 Studi di laboratorio iniziali possono rivelare anemia causata da emolisi intravascolare, trombocitopenia, aumento dei livelli sierici di aminotransferasi e ipossia.La tossicità delle cellule renali è stata dimostrata in studi in vitro utilizzando linee cellulari renali umane, suggerendo che l’insufficienza renale può essere una caratteristica clinica della malattia umana.,12,34,35
La produzione della tossina epsilon come arma biologica dipenderebbe molto probabilmente dalla sintesi chimica piuttosto che dalla fermentazione da C. perfringens a causa di vincoli di tempo e finanze.36 Le vie primarie previste per la diffusione di massa della tossina epsilon sarebbero come aerosol,15,24,32,37 nei prodotti alimentari o nell’acqua.32 Poiché la tossina epsilon viene prelevata dall’intestino negli animali malati, la contaminazione alimentare potrebbe essere la via più importante e naturale per un attacco bioterroristico., In un attacco tossina aerosol la presunzione è che la tossina mantiene il suo potenziale dannoso per 8 ore una volta rilasciato.38 Per utilizzare la tossina epsilon come arma biologica aerosolizzata efficace, i terroristi avrebbero bisogno di produrre un aerosol respirabile della tossina purificata, 39 con particelle che vanno da 0,5 a 5 µm di diametro-la dimensione delle particelle” ideale ” per l’assorbimento nel sistema circolatorio attraverso la via inalatoria., Le particelle all’interno di questo intervallo di dimensioni rimangono nell’aria per un periodo di tempo prolungato e sono ottimali per essere trasportate alle vie aeree distali, dove la ritenzione e l’assorbimento di una tossina sono massimizzati. Inoltre, gli agenti aerosolizzati devono essere rivestiti per superare le forze elettrostatiche e stabilizzati contro i fattori di stress ambientali, come la luce ultravioletta, i cambiamenti di umidità e la temperatura. Allo stesso modo, gli agenti biologici infettivi aerosolizzati (ad esempio, spore di antrace) raggiungono i loro più alti tassi di infezione nelle vie aeree distali.,38 Tuttavia, a differenza delle spore del Bacillus anthracis, non vi è alcuna prova che le spore di clostridi possano essere aerosolizzate per produrre malattie. È importante notare che la tossina epsilon non ha dimostrato di avere una trasmissione da persona a persona.6
La dose letale stimata di tossina epsilon è 0,1 µg/kg per via endovenosa20 e 1 µg / kg15 per via inalatoria, sebbene l’esatta dose letale di vie inalatorie o orali dipenda in parte dall’interazione della tossina con la mucosa respiratoria o gastrointestinale20 dell’uomo. L ‘insorgenza della malattia è prevista entro 1-12 ore dall’ esposizione.,29 La morte può verificarsi entro 30-60 minuti dall’insorgenza dei sintomi negli animali colpiti20; pertanto l’insorgenza improvvisa della malattia clinica potrebbe progredire rapidamente fino alla morte negli esseri umani.15,20,32
Il riconoscimento si basa sull’acume clinico e sull’apprezzamento del contesto della presentazione, specialmente quando un gruppo di pazienti presenta la stessa forma di malattia.40 La diagnosi immediata di un attacco epsilon-tossina sarebbe clinica ed epidemiologica. La coltura di C. perfringens è utile solo se l’organismo stesso, non la sola tossina, è stato usato nell’attacco.,4 La tossina Epsilon può essere identificata tramite reazione a catena della polimerasi, saggio immunoassorbente legato all’enzima (ELISA), spettroscopia di massa 9,39,3, 9 o con l’uso di anticorpi monoclonali.39,41 Tamponi della mucosa nasale,39 siero acuto ed eventualmente campioni di tessuto devono essere raccolti al più presto possibile42 in collaborazione con il dipartimento sanitario locale o statale o il CDC e inviati a un’appropriata struttura di referenza33,42 tramite la rete di risposta di laboratorio. Devono essere adeguatamente imballati per preservare la loro struttura e/o attività biologica., Poiché questi campioni sono anche prove di un crimine, devono essere trasportati in un modo che mantenga un’adeguata catena di custodia, come richiesto per qualsiasi attacco di bioterrorismo.
