Description of event
Biological warfare is het doelbewust gebruik van levende organismen of daarvan afgeleide toxines die ziekten veroorzaken bij mensen, dieren of planten, in conflict of terroristische aanval.1 biowapens omvatten daarom levende organismen en de gifstoffen die zij produceren. Toxines zijn biologisch actieve verbindingen, maar groeien of reproduceren niet, 2 hoewel eenmaal geproduceerd kunnen ze alleen werken zonder afhankelijk te zijn van het organisme.,3 in het geval van een toxine biowapen, is het GIF geproduceerd, in plaats van het micro-organisme, dat wordt bewapend.2
verschillende bacteriën in het geslacht Clostridium produceren toxinen en worden beschouwd als potentiële bioterrorismemiddelen.4,5 Clostridia zijn grampositieve, niet-ingekapselde, sporenvormende, fermentatieve, catalase-negatieve, rechthoekige bacillen.Van ongeveer 90 soorten is bekend dat minder dan 20 in verband worden gebracht met klinische ziekte bij de mens5,waaronder botulisme, tetanus, gasgangreen en voedselvergiftiging.,4,5 Clostridium perfringens,dat misschien wel de meest voorkomende bacteriële pathogeen, 5 is alomtegenwoordig en Gevonden in de bodem, water, en de gastro-intestinale traktaten van zoogdieren, met inbegrip van de mens.8,9 voor het eerst beschreven in 1892 de overleving van deze bacteriën in de natuur (zelfs in ruwe omgevingen) is te danken aan zijn veerkrachtige endosporen. Deze sporen kunnen in een extreem korte duur van minder dan 10 minuten ontkiemen tot een vegetatief organisme.10 Er zijn vijf stammen van C. perfringens (aangeduid type A tot en met E4) die meer dan 20 toxines produceren,11 het grootste aantal door bacteriën.,12 de belangrijkste dodelijke toxines geïdentificeerd met C. perfringens zijn alfa, bèta, epsilon, jota en enterotoxine.6 Type A C. perfringens, dat alfatoxine produceert, wordt meestal geassocieerd met ongecompliceerde gastro-enteritis bij mensen en myositis en myonecrose, ook bekend als gasgangreen. Type C C. perfringens veroorzaakt ook ziekte bij mensen, in het bijzonder necrotiserende enteritis en septikemie.13 Het enige bekende gebruik van C. perfringens als biowapen is tijdens de Tweede Wereldoorlog door het Japanse Biologische wapenprogramma, Eenheid 731, dat granaatscherven gebruikte die besmet waren met C., perfringens in een poging om de incidentie en ernst van wondinfecties bij mensen te verhogen.
Epsilon toxine, de meest krachtige clostridiale toxine na botulinum en tetanusneurotoxinen 14,is een porievormende toxine9 gemaakt door C. perfringens types B en D. 4 Dit zijn commensale organismen waarvan de primaire gastheer schapen zijn, hoewel ze af en toe geïsoleerd worden van andere herbivoren, zoals geiten en vee15 en zelden mensen.16 natuurlijke infectie treft meestal vee, voornamelijk schapen en geiten,9,15 waarin het enterotoxemie9 en pulpige nierziekte produceert.,Hoewel er geen meldingen zijn van overlijden bij de mens door epsilontoxin15 en slechts weinig meldingen van ziekte bij de mens12,maken de toxiciteit en klinische pathogenese geëxtrapoleerd uit dieren het tot een potentieel bioterrorismemiddel.6 Om deze reden heeft de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Epsilon toxine aangewezen als een biologisch agens van categorie B samen met Staphylococcus enterotoxine B en ricine.3,18,19
epsilontoxine wordt geproduceerd als prototoxine, dat wordt gesplitst door trypsine, Alfa-chymotrypsine en lambda-chymotrypsine (waarvan de laatste twee ook worden geproduceerd door C., perfringens) in de actieve vorm.8,9,12 deze actieve vorm is ongeveer 1000 keer giftiger dan het prototoxine.8,20 bij een natuurlijke infectie bij herbivoren resulteert een grote dosis intraintestinale Epsilon toxine in een verhoogde intestinale permeabiliteit, waardoor het gemakkelijker wordt om C. perfringens vanuit de darm in de systemische circulatie te krijgen met hematogene verspreiding naar alle organen,12,21 voornamelijk de hersenen, longen en nieren.8,9 het toxine komt niet in de cellen en heeft geen intracellulaire activiteit.,21 eerder, bindt het aan een receptor op de celmembrane22 en oligomerizes om een porie te vormen, die een niet-selective verspreidingskanaal voor hydrofiele opgeloste stoffen creëren.9,15,21,23 op deze manier is het vergelijkbaar met andere porievormende toxines, aerolysine in het bijzonder.9,12 de ionenverschuivingen door deze porie leiden tot een snelle daling van intracellular kalium, verhoging van intracellular chloride en natrium, en een langzamere verhoging van intracellular calcium.De efflux van intracellulair kalium veroorzaakt plasmamembraan blebbing, cel zwelling, lysis,15 en celdood.,Deze verstoring in het vasculaire endotheel leidt tot osmotische veranderingen, waaronder extravasatie van serumeiwitten en rode bloedcellen en massief oedeem 18 waarbij de hersenen betrokken zijn, 24, 25 nieren,longen,26 en lever,27 die zich klinisch manifesteren als cerebraal oedeem,24,25 longoedeem,4,24,25 pericardiale vochtophopingen,15,25,28 nieroedeem, 25 en gastro-intestinale problemen.
in dierstudies accumuleert intraveneus toegediende epsilontoxine bij voorkeur in de hersenen., Naast de porievorming verstoort het epsilontoxine ook het cellulaire cytoskelet 9, waardoor het effectief de bloed-hersenbarrière kan passeren.9,30 pathologische veranderingen worden gekenmerkt door focale diffuse14 vloeibaar actieve necrose en perivasculair oedeem in de interne capsule, thalamus, cerebellaire witte stof,12 en hersenvliezen.Bij hoge doses is de neurotoxiciteit van Epsilon toxine het gevolg van stimulatie van presynaptische neuronen, wat leidt tot overmatige afgifte van glutamaat.12,14,31 in mindere mate veroorzaakt Epsilon toxine ook de afgifte van dopamine14 en gamma-aminoboterzuur (GABA).,Hoewel het controversieel is, is gemeld dat Epsilon toxine direct inwerkt op myeline in het perifere en centrale zenuwstelsel.12,30 anders dan de hersenen accumuleert epsilon toxine ook in de nieren, 26 waar necrose van de nierschors (zogenaamde “pulpy nier disease”) kan optreden.7,17
de mogelijke impact van een Epsilon toxine biowapen op de mens moet worden geëxtrapoleerd uit dierstudies., Studies in schapen, geiten, en mice4 suggereren dat inhalatie door mensen tot schade van pulmonale vasculaire endothelial cellen zou kunnen leiden, resulterend in longoedeem met hoge permeabiliteit en hematogene verspreiding naar de nieren, het hart, en het centrale zenuwstelsel.Het centrale zenuwstelsel is het primaire doelwit van Epsilon-toxine.Daarom is de meest klinisch significante presentatie bij de mens neurologische stimulatie als gevolg van de afgifte van de prikkelende neurotransmitter glutamaat.Dit kan zich manifesteren als ataxie, zwakte,duizeligheid,32 beven, 27 en epileptische aanvallen.,30 Coma is een mogelijke late presentatie.Pulmonale manifestaties als gevolg van blootstelling aan inhalatie kunnen irritatie van de luchtwegen, hoesten, bronchospasme, dyspnoe,32 adult respiratory distress syndrome en respiratoir falen omvatten.Cardiovasculaire afwijkingen kunnen tachycardie, hypotensie,32 of hypertensie zijn, 12 leidend tot cardiovasculaire collaps.Gastro-intestinale problemen kunnen zich voordoen als misselijkheid, braken,diarree,29,32 ernstige buikkrampen en zwelling, 29 en verminderde darmmotiliteit.,Epsilon-toxine toxiciteit kan resulteren in hyperglycemie en glycosuria12 als gevolg van een veranderd levermetabolisme van glycogeen.Pancytopenie is een late complicatie die leidt tot bloedingen, blauwe plekken en immunosuppressie.De eerste laboratoriumstudies kunnen bloedarmoede openbaren die door intravasculaire hemolyse, trombocytopenie, verhoging van serumaminotransferasespiegels, en hypoxie wordt veroorzaakt.Nierceltoxiciteit is aangetoond in in vitro onderzoeken met humane niercellijnen, wat erop wijst dat nierfalen een klinisch kenmerk van de ziekte bij de mens kan zijn.,12,34,35
productie van Epsilon toxine als biowapen zou hoogstwaarschijnlijk afhangen van chemische synthese in plaats van fermentatie van C. perfringens vanwege tijd-en financiële beperkingen.36 de verwachte primaire routes voor massale verspreiding van Epsilon-toxine zijn als aerosol,15,24,32,37 in levensmiddelen of in water.32 aangezien Epsilon toxine wordt opgenomen uit de darm bij zieke dieren, zou voedselverontreiniging de belangrijkste en natuurlijke weg voor een bioterroristische aanval kunnen zijn., Bij een aërosoltoxineaanval wordt ervan uitgegaan dat het toxine zijn schadelijke potentieel gedurende 8 uur behoudt zodra het is vrijgegeven.38 om Epsilon—toxine te gebruiken als een effectief biologisch aërosolwapen, zouden terroristen een inadembaar aërosol van het gezuiverde toxine moeten vervaardigen,39 met deeltjes variërend van 0,5 tot 5 µm in diameter-de “ideale” deeltjesgrootte voor absorptie in de bloedsomloop via de inhalatieroute., De deeltjes binnen deze groottewaaier blijven in de lucht voor een langere periode en zijn optimaal om aan de distale luchtwegen te worden vervoerd, waar het behoud en de absorptie van een toxine worden gemaximaliseerd. Bovendien moeten aerosolized agenten worden gecoat om elektrostatische krachten te overwinnen en tegen omgevingsstressoren, zoals ultraviolet licht, vochtigheid verschuivingen, en temperatuur te stabiliseren. Ook aerosolized infectieuze biologische agentia (b.v., Antrax sporen) bereiken hun hoogste tarieven van besmetting in de distale luchtwegen.,In tegenstelling tot de sporen van Bacillus anthracis zijn er echter geen aanwijzingen dat sporen van clostridia kunnen worden geaësoliseerd om ziekte te veroorzaken. Het is belangrijk op te merken dat niet is aangetoond dat Epsilon-toxine van persoon tot persoon wordt overgedragen.6
de geschatte letale dosis epsilontoxine is 0,1 µg/kg intraveneus 20 en 1 µg/kg15 inhalatie, hoewel de exacte letale dosis van inhalatie of orale routes gedeeltelijk afhangt van de interactie van de toxine met het ademhalingsstelsel of gastro-intestinale mucosa20 van de mens. De ziekte begint naar verwachting binnen 1 tot 12 uur na blootstelling.,De dood kan binnen 30 tot 60 minuten na het begin van de symptomen bij aangetaste dieren20 plaatsvinden; het abrupte begin van de klinische ziekte kan dus snel tot de dood bij de mens overgaan.15,20,32
herkenning is gebaseerd op klinisch inzicht en waardering van de context van de presentatie, vooral wanneer een cluster van patiënten zich presenteert met dezelfde vorm van ziekte.40 onmiddellijke diagnose van een Epsilon-toxine aanval zou klinisch en epidemiologisch zijn. Kweek van C. perfringens is alleen nuttig als het organisme zelf, niet het toxine alleen, werd gebruikt bij de aanval.,4 epsilontoxine kan worden geïdentificeerd via polymerasekettingreactie, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA),9,39 massaspectroscopie,3,9 of met het gebruik van monoklonale antilichamen.39,41 wattenstaafjes van het neusslijmvlies, 39 acuut serum en eventueel weefselmonsters moeten zo spoedig mogelijk worden ingezameld42 in samenwerking met het lokale of staatsgezondheidsdepartement of het CDC en via het laboratoriumresponsnetwerk naar een geschikte referentiefaciliteit33,42 worden gestuurd. Zij moeten naar behoren zijn verpakt om hun biologische structuur en/of activiteit te behouden., Omdat deze monsters ook bewijs zijn van een misdrijf, moeten ze worden vervoerd op een manier die een passende keten van bewaring in stand houdt, zoals vereist voor een dergelijke bioterroristische aanval.
