Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Biologisk krigföring är inte ett nytt begrepp, tvärtom har forskare hittat mängder av exempel på sådana attacker redan från medeltiden, och ännu längre bakåt i tiden. Framväxten av den moderna mikrobiologin på 1900-talet, startade dock ett helt nytt kapitel och det var plötsligt möjligt att uppföröka stora mängder patogener. Begreppet bioterrorism myntades och ett flertal sådana attacker utfördes. Ett av de kändaste exemplen skedde i USA, 2001, då antraxsporer
skickades i brev. Bacillus anthracis är en grampositiv bakterie med tre huvudsakliga virulensfaktorer: en kapsel och två toxiner. Den bildar också sporer vid ogynnsamma
förhållanden och dessa sporer är väldigt persistenta i miljön. Bakterien infekterar människor och djur via tre olika infektionsvägar: kutant, gastrointestinalt eller via inhalation. Naturlig smitta drabbar främst herbivorer, när de betar i kontaminerade områden, men vid ett utbrott kan
även människor smittas, främst de som jobbar nära de döda djuren.

Syftet med denna litteraturstudie är att undersöka varför B. anthracis har blivit ett så använt och välkänt biovapen och vilka skillnader som finns mellan naturliga och artificiella utbrott. Fokus kommer också att ligga på veterinärens roll under en bioattack och vid förebyggande arbete.

B. anthracis har många av de egenskaper som ett biovapen bör ha. Sporer finns på många laboratorier runt om i världen, där de används för forskning, och lyckas man få tag på dem
behöver de inte transporteras långt för att användas. Sporerna är tåliga och kan därav transporteras utan att de mister sin virulens. B. anthracis har också hög letalitet och morbiditet, vilket ofta är viktigt vid bioattacker, dock har bakterien en relativt hög infektionsdos. Trots att
B. anthracis har många av de egenskaper som är viktiga för ett biovapen, krävs mikrobiologisk kunskap för att faktiskt kunna använda den.

Vid misstanke om en bioattack med antrax har mikrobiologer tillsammans med epidemiologer och veterinärer en viktig uppgift att avgöra om det faktiskt är en bioattack och inte ett naturligt utbrott. Det första som kan observeras är om djur av olika arter smittats, eftersom det vid ett
naturligt utbrott konstaterats att sjukdomen ofta drabbar en art, även om andra känsliga arter befinner sig i samma område. Vidare kan mikrobiologiska undersökningar visa vilken eller vilka stammar av bakterien det rör sig om. Vid flera stammar kan misstanke om bioattack förstärkas, eftersom en naturlig smitta kommer från ett endemiskt område, ofta med en stam. Om människor smittas kan också antalet kutant respektive inhalationssmittade jämföras. Vid
ett naturligt utbrott är nämligen den kutana formen överlägset vanligast. Alla dessa faktorer kan användas för att skilja på ett naturligt utbrott och en bioattack. Veterinärer har också en central roll vid bioattacker. De flesta bioagens är zoonotiska och djur som drabbas kan användas som vaktpostdjur. Övervakning och att känna igen ovanliga utbrott är också essentiellt för att snabbt
kunna identifiera bioattacker och därav minska smittans storlek, antalet insjuknade och antalet dödsfall.

Biological warfare is not a new concept, on the contrary, researchers have found many examples of such attacks from the Middle Ages and even further back in time. The rise of modern microbiology, during the 20th century, started a whole new chapter, when it enabled microbiologists to propagate large quantities of pathogens. Bioterrorism also emerged and several attacks were carried out. One of the most infamous examples happened in 2001, in the United States, where letters containing anthrax spores were sent via the mail.

Bacillus anthracis is a gram-positive bacterium with three major virulence factors: one capsule and two toxins. It can also sporulate in unfavorable conditions and these spores are very persistent in the environment. The bacterium has three different routes of infection: cutaneous,
gastrointestinal or through inhalation. Natural infection affects mostly herbivores, as they graze in contaminated areas. But in an outbreak, humans could also be infected if exposed to the dead animals.

The purpose of this study is to investigate why B. anthracis has become such a well-known and used bioweapon and the difference between natural and man-made outbreaks. It will also include the veterinarian’s role in preventing and managing a bioattack.

B. anthracis possesses many of the characteristics a bioweapon should have. Spores exist in many laboratories throughout the world, where they are used for research. If someone gets a hold of them, there is no need for transport and the spores are sustainable enough to not lose their virulence if transported. B. anthracis also has a high lethality and morbidity, which is important in a bioweapon. However, the bacterium has a relative high infectious dose. Although B. anthracis possesses many of the characteristics that are important in a bioweapon, the usage requires microbiological knowledge. If there is suspicion that an outbreak is not natural, microbiologists, epidemiologists and veterinarians have an important task to determine whether this is the case. The first thing that can be observed is if different species are infected, because in a natural outbreak there is often only one species affected, even if there are other sensitive species in the same area.
Microbiological studies can also show if there’s more than one strain in the outbreak. If there is more than one strain it suggests a bioattack, because natural outbreaks occur in endemic areas, which often just have one strain. If humans are infected, a comparison between the number of cases with the cutaneous versus the inhalation form should be investigated. In a natural outbreak the cutaneous form is by far the most common. All these factors can be used to distinguish between a natural outbreak and a bioattack.

Veterinarians also have a fundamental role in bioattacks. Most bioagents are zoonotic and infected animals can be used as sentinels. Monitoring and recognizing unusual outbreaks is also essential to quickly identify bioattacks and hence reduce the size of the outbreak and the number of infected and deceased.