Biologische Waffen. Biologie Spezialgebiet 1 Sara Wirthensohn

Transkript

1 Biologische Waffen Biologie Spezialgebiet 1 Sara Wirthensohn

2 Allgemeines Biologische Waffen gehören zu der Gruppe der sogenannten ABC-Waffen. ABC-Waffen ist ein Sammelbegriff für atomare, biologische und chemische Waffen. Atomare Kriegsführung In Raketen transportierte oder von Flugzeugen abgeworfene atomare Sprengkörper, bei denen die Explosion durch Spaltung von Uran 235, Plutoniumkernen oder anderen atomare Reaktionen ausgelöst wird. Diese Sprengkörper entfalten ihr Zerstörungspotential durch ungeheure Druckwellen, Hitze und radioaktive Strahlung. Biologische Kriegsführung Als biologische Waffen bezeichnet man Waffen, deren Wirkung auf der Toxizität von Viren, Pilzen oder Bakterien bzw. den von ihnen produzierten Giften beruht. Der kalte Krieg setzte auch auf dem Gebiet der Biologischen Waffen ein Wettrüsten in Gang, das zur Entwicklung neuer hochwirksamer Gifte führte. Diese sog. Toxine stellen die giftigsten bekannten Substanzen dar. Je nach Anwendung wäre es möglich, mit nur 80 mg (0,08 g) Toxin à 80 Mio. Menschen, das entspricht der Bevölkerung Deutschlands, zu töten. Von Botulinos, der giftigsten Substanz, reicht theoretisch ein Gramm aus, um zehn Millionen Menschen tödlich zu vergiften. Wegen ihrer hohen Giftigkeit, die die der chemischen Kampfstoffe bei weitem überragt, dem relativ geringen Produktionsaufwand und der Schwierigkeit für den Gegner, den eingesetzten Stoff zu identifizieren, wird den biologischen Waffen in der Zukunft stärkere Beachtung geschenkt werden müssen. Während es bei den chemischen Waffen um rund 50 Substanzen handelt, von denen die meisten auch harmlose zivile Anwendungen finden, geht die größte Gefahr von biologischen Waffen aus, Bakterien wie Milzbrand oder Pest, Viren wie dem Pockenerreger und Toxinen wie Botulinos oder Ricin. Die Sowjetunion hat im Kalten Krieg mit Milzbrand-Erreger experimentiert, außerdem besaß sie 200 Tonnen Pesterreger und 20 Tonnen Pockenviren. Im Irak entdeckten UN-Inspektoren Mitte der neunziger Jahre Raketensprengköpfe mit Biokampfstoffen. Ein amerikanischer Extremist trug bei seiner Verhaftung 200 Gramm des leicht herzustellenden Ricins bei sich. Von dieser Substanz reicht ein Gramm, um 1000 Menschen umzubringen. Viren, Pilze und Toxine lassen Biologie Spezialgebiet 2 Sara Wirthensohn

3 sich mit handelsüblichen Sprühgeräten oder über städtische Wasserversorgungssysteme unauffällig verbreiten. Chemische Kampfstoffe Chemische Kampfstoffe, die entweder versprüht oder aus Flugzeugen abgeworfen werden, sind gasförmig und schädigen teilweise mit tödlicher Wirkung Haut, Augen, Lunge und Nerven. Internationale Kontrolle Der Einsatz von Bio-Waffen hat viele gravierende und nicht immer absehbare Folgen. Diese Art von Waffe greift alle Lebewesen an ob Freund oder Feind, entwickelt sich selbstständig weiter und verseucht Gebiete auf Jahrzehnte. Aus diesem Grund versuchte man schon 1899, Geschosse mit Giftgasen zu ächten. Diese Ächtung hielt aber nur bis zum 1. Weltkrieg an. Ein Vertrag, der die biologische Kriegsführung vollständig verbietet, wurde 1972 von der Genfer Abrüstungskonferenz ausgearbeitet und von mittlerweile 144 Länder unterschrieben. Diese Konvention hat einen relativ spärlichen Umfang von etwa 5 6 Seiten. Der Schwachpunkt ist die fehlende Kontrolle und Überprüfung der Vereinbarungen. Geschichtliches Bio-chemische Waffen sind fast so alt, wie der Krieg selbst, aber erst im 20. Jahrhundert wurden sie zu Massenvernichtungswaffen: 400 v. Chr. Setzten die Spartaner Schwefelsäure gegen ihre Feinde ein 1346 katapultierten die Tartaren Pesttote über die Stadtmauer ihrer italienischen Feinde 1763 setzten die Briten mit Pocken verseuchten Decken gegen die Indianer ein. 37 Jahre griffen die USA diese Idee wieder auf. Im ersten Weltkrieg starben mehr als Menschen durch Giftgas. Die Anzahl der Erkrankten wird um eine Million geschätzt. Biologie Spezialgebiet 3 Sara Wirthensohn

4 Im zweiten Weltkrieg arbeiteten alle Kriegsparteien an der Herstellung und Weiterentwicklung chemischer und biologischer Waffen, setzten sie aber aus Angst vor Vergeltung nicht ein. Während des Vietnamkrieges setzte die USA immer wieder Pestizide wie Agent Orange ein verübt die AUM - Sekte einen Anschlag mit Nervengas auf eine U- Bahnstation in Tokio: Die Bilanz: 11 Tote und 4000 Verletzte 2001 Milzbrandanschläge in den USA Die Untergruppen: Hautkampfstoffe Nervenkampfstoffe Lungenkampfstoffe Milzbrand Chimären Hautkampfstoffe Die auch mit Gelbkreuz bezeichnete Gruppe der chemischen Kampfstoffe wurde erstmals 1917 von deutscher Seite eingesetzt. Zu dieser Gruppe gehören neben den nach ihren Erfindern Lommel und Steinberg benannten Loste auch verschiedene Arsenverbindungen (z.b. Lewisit), die ab 1918 von alliierter Seite zum Einsatz kamen. Die H. stellten eine völlig neue Form von neuen Waffen dar, da der Eintritt in den menschlichen Organismus nicht wie bei Atmungsgiften und Lungenkampfstoffen über die Atemwege, sondern über die Haut erfolgt. Biologie Spezialgebiet 4 Sara Wirthensohn

5 Schutz ist demnach nur durch Ganzkörperschutzanzüge sowie restlose Dekontamination nach einem Angriff möglich. Trotz der vorhandenen Gasmasken waren die Soldaten im Ersten Weltkrieg den Hautkampfstoffen schutzlos ausgeliefert. Die H. sind gut fettlöslich und dringen innerhalb weniger Minuten über die Haut in den Organismus ein. Bereits nach kurzer Zeit treten Hautentzündungen auf, im weiteren Verlauf, in dem nur eine symptomatische Behandlung mit Salben möglich ist, kommt es zu Schädigungen der Lunge sowie des Nerven- und Herz-Kreislauf-Systems, die häufig zum Tod führen. Bei nichttödlichem Ausgang sind Spätfolgen wie Krebs, Erbgutveränderungen sowie Leber- und Nierenschäden zu erwarten. Nach dem Ersten Weltkrieg wurden H. weiterhin systematisch produziert. Im Anschluss an den Zweiten Weltkrieg versenkten die Alliierten einen großen Teil der deutschen Giftgasvorräte, zumeist Lost-Granaten, im Meer. So lagern in Nordsee, Ostsee und Biskaya etwa t langsam, aber sicher durchrostender Zeitbomben. Immer häufiger kommt es bei Fischern zu Vergiftungen mit diesen Kampfstoffen. Die ökologischen Folgen der Versenkungen sind nicht abzusehen. Trotzdem sind H., hier v.a. Lost, bei den Militärs immer noch ein "geschätzter" Kampfstoff, da ein Schutz unter Kampfbedingungen nur schwer möglich ist. In jüngster Zeit wurde Lost im Iran-Irak-Krieg von irakischer Seite sowohl gegen iranische Soldaten als auch gegen die eigene Zivilbevölkerung (Kurden) eingesetzt. Vor diesem Hintergrund muss man das Verteilen von Gasmasken an die israelische Zivilbevölkerung im Golfkrieg 1991 eher als psychologische Maßnahme bezeichnen, denn bei einem irakischen Giftgasangriff mit H. hätten sie keinen Schutz geboten. Nervenkampfstoffe Bei systematischen Untersuchungen in den 30er Jahren hatten Forscher entdeckt, dass organische Ester der Phosphorsäure eine schädlingsbekämpfende (insektizide) Wirkung besitzen. Hierbei fand man, dass einige dieser Substanzen auch für Säugetiere eine hohe Giftigkeit aufwiesen. Daher lässt sich die hohe strukturelle Ähnlichkeit zwischen den Pflanzenschutzmitteln Parathion (E605) und Malathion einerseits und den N. Tabun, Sarin, Soman und VX andererseits erklären. In normalen Produktionsanlagen für Biologie Spezialgebiet 5 Sara Wirthensohn

6 Pflanzenschutzmittel lassen sich durch kleine Veränderungen und Verwendung anderer Ausgangssubstanzen relativ leicht N. herstellen. Die Aufnahme von N. erfolgt über Haut, Atmungsorgane und Augen. Ein Schutz ist nur durch Ganzkörperschutzanzüge möglich, und daher unter Kampfbedingungen oder für die Zivilbevölkerung nahezu nicht möglich. Ihre Wirkung beruht auf einem Eingriff in die normale Reizübertragung in den Nervenbahnen. Normalerweise wird ein Reiz zwischen zwei Nervenzellen durch den Neurotransmitter Acetylcholin übertragen, der schnell über den Zellzwischenraum auf die Rezeptoren gelangt und dort wieder einen Reiz auslöst. Anschließend wird die Substanz von einem Enzym wieder entfernt und steht für eine neue Reizübertragung zur Verfügung. Die N. ähneln nun dem Acetylcholin von der Struktur her so stark, dass sie die aktiven, eigentlich für den Neurotransmitter vorgesehenen Stellen am Enzym belegen. Als Folge ergibt sich eine Dauerreizung des Nervensystems, die zu Schweißausbrüchen, Erbrechen, Krämpfen und schließlich zu Atemlähmung und Kreislaufkollaps führt, da der angelagerte N. nicht oder nur sehr langsam von den Rezeptoren abgelöst werden kann. Die Behandlung einer Vergiftung mit N. ist sehr schwierig, da sie abhängig von Zeitpunkt und Stärke der Vergiftung erfolgen muss. Das wichtigste Gegenmittel ist der Antagonist Atropin, ein Stoff, der sich auf noch freie Rezeptoren setzt, selbst keinen Reiz auslöst und so eine stärkere Reizung des Nervensystems verhindert; die Wirkung von Atropin hängt jedoch sehr stark vom eingesetzten N. ab, beim äußerst giftigen VX zeigt es kaum noch Erfolg. Auch muss nach der Gabe von Atropin schleunigst dafür Sorge getragen werden, dass das vom N. blockierte Enzym wieder reaktiviert wird, doch setzt die Dosierung des dazu nötigen Medikaments, des sog. Antidots (z.b. H-Oxim, Toxogonin) Bedingungen voraus, die unter den Bedingungen eines Krieges nicht gewährleistet werden können. Die intensiv betriebene Suche nach noch effektiveren Antagonisten und Antidoten wird wahrscheinlich nicht zu einer Entschärfung der N. sondern, eher zu einem neuen Rüstungswettlauf mit der Entwicklung einer neuen Generation chemischer Kampfstoffe führen, gegen die die heutigen Gegenmittel wirkungslos sind. Lungenkampfstoffe Zu den L. zählen eine Reihe chemischer Verbindungen wie Chlor, Phosgen und Chlorpikrin. Ihre Einwirkung führt zu schwersten, irreparablen Schädigungen der Atemwege, insbesondere der Lunge. Beim Einatmen kommt es zur Biologie Spezialgebiet 6 Sara Wirthensohn

7 Bildung von Lungenödemen, wodurch die Sauerstoffaufnahme durch das Gewebe bis zum Tod durch Ersticken unterbunden werden kann. Unter der Bezeichnung Grünkreuz waren die L., zunächst Chlor, später Phosgen, die ersten im Ersten Weltkrieg eingesetzten chemische Kampfstoffe; rund 80% der Gastoten waren Phosgen-Opfer. Was sind überhaupt Bakterien? Bakterien sind die kleinsten Lebewesen, besitzen eine relativ einfache Zellstruktur und vermehren sich durch Zellteilung (Mitose). Bakterien gehören zu den Prokaryonten: sie haben keinen Zellkern, nur eine freie DNA. Milzbrand Das Anthrax-Bakterium (Bacillus anthracis) gilt als eine der potenziell gefährlichsten Biowaffen. Der Name anthracis ist vom griechischen Begriff für Kohle (anthrakis) abgeleitet - wegen der schwarzen Veränderungen infizierter Haut. Milzbrand wird ausgelöst durch das Anthrax-Bakterium. Gefährlich wird eine Infektion, wenn die Erreger sich massenhaft vermehren und Giftstoffe bilden. Rechtzeitig erkannt, ist die Krankheit heilbar. Der Milzbrand-Erreger ist ein sporenbildendes Bodenbakterium, das vor allem bei weidenden Tieren Erkrankungen auslöst. Die eingekapselten Sporen können Jahrzehnte im Boden überdauern. In einer nährstoffreichen Umgebung wie im Blut eines infizierten Weidetiers keimen die Sporen aus, die Bakterien vermehren sich. Gefährlich für infizierte Lebewesen ist die Produktion von Giftstoffen (Toxinen) durch die Bakterien. Verschlechtert sich die Situation für die Bakterien - etwa bei Tod des Tieres und Austrocknung der Körperflüssigkeiten - werden wieder die ausdauernden Sporen gebildet. Anthrax soll schon Plagen zu Moses Zeiten ausgelöst haben. Milzbrand ist von den Römern detailliert beschrieben worden. Die Bakterien waren Studienobjekte von Robert Koch und Louis Pasteur, von dem auch Impfstoffe entwickelt wurden. Durch Impfungen von Tierherden können heute Seuchen vermieden werden. Trotzdem treten weltweit immer wieder Erkrankungen bei Tieren auf. Auch Menschen werden vor allem in Biologie Spezialgebiet 7 Sara Wirthensohn

8 Afrika und Asien angesteckt. Das erste große Programm zur Anwendung als Biowaffe wurde 1932 von Japan in der besetzten Mandschurei gestartet. Im Forschungszentrum starben schätzungsweise 3000 gefangene Versuchsobjekte, an Milzbrand und an anderen Kampfstoffen. Im Zuge der Projekte der Alliierten im Zweiten Weltkrieg wurde die schottische Insel Gruinard Island vollständig verseucht. Nach einer langwierigen Reinigungsaktion mit 200 Tonnen Formaldehyd ist die Insel erst seit wenigen Jahren nicht mehr gesperrt. Ein großes geheimes Forschungsprogramm lief in der UdSSR. Sehr viele Details sind erst kürzlich durch dessen ehemaligen Leiter Ken Alibek bekannt geworden. Je nach Infektionsroute werden drei Formen unterschieden. Am häufigsten sind Infektionen der Haut über Schnitte oder Schürfungen; wesentlich seltener gelangen genügend Sporen über die Atemwege in die Lunge um sich dort zu vermehren und die Krankheit auszulösen. Nur ganz vereinzelt sind Erkrankungen nach Verzehr über verseuchte Nahrungsmittel bekannt geworden. Traditionell infizieren sich vor allem Arbeiter während der Verarbeitung von Tierhäuten und Wolle - deshalb heißt die Krankheit im Englischen «woolsorters disease». Aufgrund besserer hygienischer Bedingungen und Arbeitsstandards und vor allem weniger Tierepidemien durch Impfungen sind diese Erkrankungen heute sehr selten geworden. In Afrika und Asien werden aber weiterhin jährlich tausende Erkrankungen registriert. Hautinfektionen heilen zu 80 Prozent ohne Folgen aus, mit Antibiotika beträgt die Heilungsaussicht praktisch 100 Prozent. Die wenigen bei Menschen beschriebenen Infektionen über den Darmtrakt waren fast immer tödlich. Allerdings ist es in Tierversuchen (an Primaten) bisher nicht gelungen, überhaupt eine Erkrankung über diesen Infektionsweg auszulösen. Bei der Infektion über die Atemwege ist in Tierversuchen eine hohe Sterblichkeit festgestellt worden. Auch bei einem Anthrax- Unfall in Sverdlovsk sind die meisten infizierten Opfer gestorben. Wesentlich scheinen die Menge der inhalierten Sporen und die Partikelgröße zu sein - ein wichtiger technischer Aspekt für den Einsatz als biologisches Kampfmittel. So wurden beispielsweise Arbeiter bei der Wollherstellung nicht krank, obwohl sie beträchtlichen Mengen von Anthrax-Sporen in der Luft ausgesetzt waren. Von den aktuellen Fällen von Kontamination und Infektion in den USA ist der erste Patient in Florida an Lungenmilzbrand erkrankt und schließlich auch gestorben. Bei zwei Postmitarbeitern, die an einer Atemwegserkrankung starben, wurde der Milzbrand-Verdacht ebenfalls bestätigt. Am 31. Oktober starb eine New Yorker Krankenhaus-Angestellte an Lungenmilzbrand. Am 20. Biologie Spezialgebiet 8 Sara Wirthensohn

9 November wurde bei einer 94-jährigen Frau in Connecticut ein Verdacht auf Lungenmilzbrand festgestellt. Auch sie ist inzwischen gestorben. Damit liegt die Zahl der Todesopfer derzeit bei fünf. Um jedem Risiko vorzubeugen, erhalten tausende potentiell gefährdete Postangestellte und Regierungsmitarbeiter Antibiotika, bis jeweils eine definitive Diagnose auf tatsächlichen Kontakt mit Sporen erstellt ist. Für Milzbrand gibt es sowohl Impfstoffe als auch wirksame Antibiotika. Die gute Behandelbarkeit unterscheidet die bakterielle Erkrankung von viralen Infekten, gegen die Antibiotika nicht wirksam sind. Allerdings muss die Behandlung rechtzeitig erfolgen, bevor die Bakterien zuviel Toxine produziert haben. Haben diese tödlichen Giftstoffe eine bestimmte Konzentration im Körper erreicht, kann auch die völlige Auslöschung der Bakterien den Tod nicht mehr abwenden. Neue Forschungsansätze richten sich auf die Synthese von Molekülen, die Toxine binden und unschädlich machen können. Dazu können auch Antikörper gegen Toxine eingesetzt werden, allerdings wurden erhebliche Nebenwirkungen festgestellt. Auch die Impfung gegen Anthrax ist problematisch und in Deutschland und Österreich bisher nicht zugelassen. Die Kombination etlicher Eigenschaften macht den Milzbrand-Erreger zum «attraktiven» Bio-Kampstoff, unter anderem die hohe Todesrate nach «gelungener» Infektion über die Lunge, die lange Haltbarkeit der Sporen und die geringe Empfindlichkeit gegenüber Sonnenlicht. Milzbrand ist nicht ansteckend, der Angreifer kann sich über Impfungen und Antibiotika selber schützen. Relativ einfache Herstellung und die geeignete Größe der Sporen für die Herstellung von Aerosolen kommen noch hinzu: Mit einem Durchmesser von etwa einem tausendstel Millimeter sind die Sporen gerade an der unteren Grenze von feinen Staubpartikeln, die in der Luft schweben und tief in die Lunge gelangen und dort bleiben. Die Herstellung derartiger «Aerosole» ist jedoch technisch schwierig - im Unterschied zur Herstellung der Bakterienkulturen und Sporen. Reine Sporen können nicht verwendet werden, da sie zusammenklumpen und die Partikel zu groß werden. Daher werden beispielsweise Sporengruppen gefriergetrocknet und zu einem Pulver aus geeigneten Einzelpartikeln zermahlen. Mit einem geeigneten Verfahren muss dann bei diesen Partikeln die elektrostatische Ladung entfernt werden, um ein Verklumpen zu verhindern. Als beunruhigende Zukunftsperspektive deutet sich die genetische Manipulation der Erreger an. Damit könnten Bakterien zum Einsatz kommen, die resistent gegen Antibiotika sind. Eine Behandlung nach Infektion wäre dann nicht mehr möglich. Biologie Spezialgebiet 9 Sara Wirthensohn

10 Chimären Chimären sind transgene Organismen, also genetisch veränderte Organismen. Man unterscheidet: Genetische Chimären: Individuum, das aus genetisch verschiedenen zusammengesetzt ist. z.b.: Schiege; ein Tier, bei dem man frühembryonale Zellen von Schaf und Ziege miteinander im Reagenzglas vereinigt hat. Gentechnische Chimären: Gen, das zwei oder mehrere Gensequenzen verschiedener Herkunft in sich vereinigt. Wir reden, von gentechnischen Chimären. Diese sind wohl die schlimmsten und somit wirkungsvollsten Waffen, welche die Forschung bisher herstellte. Chimären haben ihren Namen von einem Ungeheuer aus der griechischen Mythologie, das den Kopf eines Löwen, den Körper einer Ziege und den Schwanz einer Schlange hatte. Die zu übertragenden Gene müssen aus dem Genom entfernt werden um in einen anderen Organismus eingebaut zu werden. Dazu dienen die Restriktionsenzyme, die die DNA- Moleküle an ganz genau festgelegten Stellen spalten. Dieses herausgenommene Stück DNA wird dann in den vorgesehenen Organismus (meistens im Plasmid) eingesetzt. Dies erfolgt durch das Verknüpferenzym DNA-Ligase. Im Bioprepatat [einem ehemals, geheimen sowjetisches Biotechniklabor, das sich seinerzeit fasziniert vom sowjetischen Verteidigungsministerium der Entwicklung und Herstellung biologischer Waffen widmete] wurden seinerzeit eine unendliche Zahl an Chimären hergestellt, jedoch und glücklicherweise nie verwendet. Nachdem man dieses Labor schloss, haben die USA den Großteil dieser Chimären für Biologie Spezialgebiet 10 Sara Wirthensohn

11 sich gewonnen und ein Wettrüsten, ähnlich dem der Atomwaffen, begann. Tarnkappenmikroben Das Bakterium Bacillus aureus ist ein harmloser Verwandter vom Bacillus anthracis, dem als Anthrax bekannter Erreger von Milzbrand. Während Anthrax ein tödliches Gift produziert, verursacht Bacillus aureus eine Lebensmittelvergiften mit Bauchschmerzen und Durchfall. Mit den Methoden der Gentechnik ließe sich freilich das Gen, das für die Produktion des gefährlichen Anthrax-Giftes sorg, einfach in das harmlose Brudervirus verpflanzen. Das Ergebnis wäre eine Tarnkappenmikrobe tödlich wie Anthrax, aber viel schwerer zu finden, weil Analysen nur auf das Vorhandensein von harmlosen Bakterien hinweisen. Biologie Spezialgebiet 11 Sara Wirthensohn