2000 m. gegužės mėnesį aukšti JAV vyriausybės pareigūnai stebėjo, kaip bakterijų debesis sklinda Denverio Menų centro (komplekso, kuriame yra septyni teatrai, o bendras jų žiūrovų skaičius gali siekti 7000) koridoriais ir vestibiuliais. Po savaitės tūkstančiai žmonių jau buvo mirę nuo maro arba dar merdėjo, Kolorado valstijos sienos buvo aklinai uždarytos, maisto ir medikamentų atsargos išseko, o medicinos pagalbos kaip ir nebeliko, nes antibiotikai baigėsi, o gydytojai ir seselės patys susirgo. Laimei, šis scenarijus nebuvo realus; tai tebuvo kompiuteriniai mokymai, kuriuose stengtasi pavaizduoti, kaip atrodys biologinio ginklo panaudojimas kurioje nors JAV vietoje. Tie mokymai, kurie vadinosi TopOff, turėjo pabudinti politikus ir priminti, kad negalima laukti, kol ligonines užplūs sergantys žmonės, laikas ieškoti efektyvios apsaugos nuo biologinio ginklo jau dabar. Šiuo metu mokslininkai kuria nemažai ankstyvojo perspėjimo sistemų. Jose naudojamos technologijos apima DNR ir antikūnius naudojančius biolustus, o taip pat "elektronines nosis", galinčias užuosti mirtinus mikrobus.

Ar mes jau esame puolami?

   Biologinis ginklas yra labai klastingas. Ore kybantys bakterijų ar virusų debesėliai yra beveik nematomi ir bekvapiai; juos įkvepiantys žmonės nesužinos apie tai, kol po keleto dienų nesusirgs. O tada jau gali būti per vėlu gelbėti aukas ar saugoti nuo užkrato kitus. Nors daugelis biologiniame ginkle naudojamų agentų nėra itin užkrečiami, daugeliu atvejų sergantieji gali paskleisti susirgimą.

   Laimei, biologinių agentų inkubacinio periodo užtenka, kad sveikatos apsaugos tarnybos spėtų uždaryti užkrėstuosius į karantiną ir pradėtų juos gydyti bei vakcinuoti kitus gyventojus. Daugelį biologinio ginklo sukeliamų susirgimų, prieš pasirodant jų simptomams, galima gydyti antibiotikais; simptomams pasireiškus, kai kurioms aukoms bet koks gydymas jau bus pavėluotas.

   Anksti aptikti užkratą šiuo atveju yra ypač svarbu, nes daug biologinio ginklo sukeliamų ligų pagal pirmuosius simptomus gali būti lengvai supainioti su gripu. Medicinos studentams dažnai yra sakoma: "Kai girdite kanopų dundesį, galvokite apie arklius - ne apie zebrus", taip primenant jiems, kad pirma reikia eliminuoti įprastinių ligų galimybę, o tik po to svarstyti egzotiškesnes diagnozes. Nors panaši taktika ir pasiteisina kasdieniškose situacijose, biologinio ginklo panaudojimo atveju tokia logika besivadovaujantys gydytojai gali jo ir nepastebėti. Būtent dėl šios priežasties biologiniai detektoriai kartais yra pavadinami zebrų lustais arba Z-lustais - jie perspėja gydytojus, kad artinasi zebrai iš paminėtosios metaforos.

   Biologinį karą galima kariauti užkrečiant maisto bei vandens atsargas arba naudojant ligas platinančius vabzdžius, pavyzdžiui uodus. Tačiau taip vienu metu paveikti labai daug aukų yra sudėtinga. Biologinis ginklas tampa masinio naikinimo ginklu, pagal žmonių aukų skaičių prilygstančiu branduoliniam ginklui tiktai tada, kai jis paskleidžiamas ore kaip įkvepiamas maždaug mikrono dydžio dalelių aerozolis. Tokie mažyčiai lašeliai gali sklęsti ore didelius atstumus, į plaučius jie įkvepiami labai giliai ir sukelia pavojingas sistemines infekcijas.

   Ore esančias biologines medžiagas sudėtinga aptikti dėl jų įvairovės: tai gali būti bakterijos, virusai ar negyvi bakterijų pagaminti toksinai. Biologinės medžiagos gali būti kaip reta kenksmingos net ir tuomet, kai jų koncentracija ore yra visai nedidelė. Sveikas žmogus kas minutę vidutiniškai įkvepia šešis litrus oro, tuo tarpu kai kuriems patogenams pavyksta sukelti susirgimą net ir tada, kai buvo įkvėpta vos 10 mikroorganizmų. Norint apsaugoti trumpam užkrato zonoje atsidūrusius žmones, reikia prietaiso, sugebančio litre oro aptikti du pavienius patogenus - tokia užduotis yra itin sudėtinga.

   Pirmieji biologinio ginklo detektoriai paprastai užregistruodavo smulkių dalelių debesis. Kai kurie iš šių prietaisų, pavyzdžiui, JAV armijos Persų įlankos kare naudotas XM2, ima oro bandinius ir skaičiuoja, kiek juose yra dalelių, pagal dydį panašių į naudojamas biologiniuose ginkluose. Jeigu tokių dalelių yra daugiau nei iš anksto nustatyta riba, suskamba aliarmo signalas, pranešantis kariams, kad reikia palikti potencialiai užkrėstą teritoriją. Kituose dalelių detektoriuose yra naudojami lidarai. Tai sistemos, panašios į radarus, spinduliuojančios lazerių pluoštelius ir registruojančios jų atspindžius nuo įvairių objektų. Sausu oru lidarai gali veikti net 50 km atstumu, bet jie neatskirs biologinių medžiagų nuo smulkių dulkių ar dūmų debesėlio.

   Naujesniuose lidaruose yra pasinaudota ta aplinkybe, kad tam tikros beveik visose ląstelėse esančios molekulės, sužadinus jas ultravioletine (UV) spinduliuote, fluorescuoja. Tokie UV lidarai sužadina daleles UV pluošteliu, o po to stebi debesėlyje sukeltą fluorescensiją. Bet net ir UV lidarai neatskirs patogenų nuo nekenksmingų mikroorganizmų, žiedadulkių ar sporų. Nežiūrint visų šių trūkumų, dalelių detektoriai praneša, kai reikia išvesti karius iš teritorijų, kuriose galimas biologinio aerozolio paskleidimo pavojus. Juos taip pat galima panaudoti nustatant, kuomet verta pradėti analizuoti bandinius jautresniais detektoriais.

Adata šieno kupetoje

   Kai kurie naujesnieji biologinio ginklo detektoriai gali atskirti patogenus nuo nekaltų mikroorganizmų ar kitų dalelių pagal jų genetinės išvaizdos skirtumus. Kadangi DNR yra mikrobų viduje, pradžioje ląsteles reikia atverti ir išskirti jų DNR. Kai kurie prietaisai, pavyzdžiui, GeneXpert sistema, kurią gamina Kalifornijoje įsikūrusi kompanija Cepheid, turi savus ląstelių ardymo įrenginius. Naudojant kitus, reikia, kad DNR atskirtų technikas.

   Vienas iš pirmųjų DNR lustų, kuris buvo sukurtas Šiaurės Vakarų universitete, analizei pasitelkia tą aplinkybę, kad DNR sudarančios dvigubos spiralės gijos papildo viena kitą. DNR spiralė primena susuktas kopėčias, kurių kiekvieną skersinį sudaro dvi dalys, vadinamos bazėmis. Kopėčios skyla per vidurį tada, kai įsijungia genai ar kai ląstelė prieš pasidalindama kopijuoja savo genus. Spiralės skersinius sudaro keturios bazės: adeninas (A), timinas (T), citozinas (C) ir guaninas (G). A visada jungiasi su T, o C su G. Žinant vienoje gijoje esančių bazių eilę, pavyzdžiui, ATCGCC, galima prognozuoti ją papildančią kitos gijos bazių eilę, šiuo atveju TAGCGG.

   Šiaurės Vakarų universiteto sistemos sensoriaus elemente yra pavienės DNR gijos, papildančios trumpas tam tikriems patogenams būdingų DNR gijų atkarpas. Gijos yra pritvirtintos stiklo lusto paviršiuje tarp dviejų elektrodų. Kai to konkretaus patogeno DNR patenka į sistemą, ji prilimpa (arba hibridizuojasi) prie vieno pritvirtintosios DNR galo. Norėdamas užregistruoti šią hibridizaciją, technikas turi pridėti DNR fragmentų, prie kurių yra pritvirtintos aukso dalelės ir kurie papildo prie taikinio prikibusius DNR fragmentus. Tose vietose, kur auksu paženklintos DNR sekos suranda sau poras ir prisijungia, jos uždaro elektrines grandines ir įjungia aliarmo signalą.

   Kiti DNR analize paremti detektoriai veikia pasinaudojant faktu, kad tam tikros DNR sekos gali būti sustiprinamos proceso, vadinamo grandinine polimerazės reakcija (PCR), metu. Naudojant šį metodą DNR reikia pakaitinti tiek, kad ryšiai tarp bazių, sudarančių skersinius, nutrūktų ir dvi DNR gijos atsiskirtų. Tada tirpalas yra ataušinamas ir į jį įdedamos dvi trumpos DNR atkarpos, vadinamos primerais, kurios hibridizuojasi tiktai su tos DNR atkarpos, kurią reikia aptikti, galais. Prie primerų galų prikibę fermentai juos pratęsia, todėl vietoj dviejų pradinių DNR fragmentų atsiranda keturi. Kaskart, šiam ciklui kartojantis, ieškomų DNR fragmentų skaičius padvigubėja, todėl šį procesą galima tęsti tol, kol juos jau galima nesunkiai aptikti.

   Įterpiant į naujai sintezuotus DNR gabalus fluorescuojančias molekules, galima šį stiprinimo procesą stebėti dinamikoje. Taip pat egzistuoja sparčius terminius ciklus sukuriančios mašinos, kurios kiekvieną kaitinimo ir aušinimo ciklą užbaigia greičiau nei per minutę, todėl nedidelis DNR fragmentų skaičius per pusvalandį 30 kartų didės dvigubai.

   Tačiau ir grandynais, ir PCR grindžiamas sistemas būtina iš anksto užpildyti reagentais, atitinkančiais konkrečius ligų sukėlėjus, o tai reiškia, kad sistemos naudotojas privalo iš anksto numatyti, kokius patogenus gali pasirinkti potencialūs teroristai. Siekdami pašalinti šį trūkumą, Kalifornijos Ibis Therapeutics mokslininkai sukūrė sistemą, vadinamą biologinių rizikos faktorių genetiniu įvertinimu naudojant trianguliacinę identifikaciją TIGER (Triangulation Identification Genetic Evaluation of biological Risks). Kaip ir dauguma kitų DNR lustų, TIGER sistemoje ieškomosios DNR fragmentai yra dauginami pasitelkiant PCR. Skirtumas tas, kad naudojami primerai, kurie hibridizuojasi su DNR fragmentais, atsakingais už baltymų sintezę - esminę visose ląstelėse vykstančių procesų dalį. Vis tik TIGER gali būti kaip reta jautrus, nes tarp primerų vyrauja didžiulė įvairovė ir beveik kiekvienas mikroorganizmas turi vis kitokią jų seką. Technikai analizuoja šias sustiprintas sekas naudodamiesi masių spektrografais ir po to, lygindami su duomenų bazėse sukauptais visų žinomų mikroorganizmų DNR fragmentais, identifikuoja biologinį agentą.

   Betgi DNR analize paremtų prietaisų galimybės yra ribotos. Jie negali aptikti toksinų, neturinčių jokių DNR. Pusvalandį trunkanti reakcija netenkina, nes apie besiartinantį biologinio ginklo debesį būtina operatyviai perspėti žmones ir organizuoti jų evakuaciją.

Kanarėlė anglies kasykloje

   Šias kliūtis sugeba įveikti mikroschemos, naudojančios antikūnius - Y raidės formos molekules, kurias gamina imuninė sistema, prijungianti jas prie tam tikrų specifinių svetimų organizmui medžiagų molekulių. Kadangi antikūniai atpažįsta mikrobų paviršiuje esančias molekules, jie gali iškart pralaužti priešiškąsias ląsteles. Jie suranda ir toksinus, ir ištisus mikroorganizmus.

   Antikūniai yra JAV Jūrų laivyno laboratorijos sukurtosios biologinio ginklo aptikimo sistemos, pavadintos Raptor, širdis. Sistemoje yra naudojama vadinamoji sumuštinio tipo analizė: ieškomieji patogenai prikimba prie luste esančių antikūnių, o šie užregistruojami tada, kai iš viršaus prie jų prikimba kiti antikūniai, pažymėti fluorescuojančiais dažais. Raptor vienu metu gali sugauti po kelis skirtingus patogenus, nes lusto paviršiuje galima palikti kelių tipų antikūnius, reaguojančius į įvairius biologinio ginklo agentus. Firmos Igen (JAV) sukurta sistema Origen irgi naudoja sumuštinio tipo analizę, bet joje vietoj fluorescuojančių dažų yra junginiai, kurie, elektrinio lauko veikiami, spinduliuoja šviesos pliūpsnius. Ši spinduliuotė yra ryškesnė už įprastinę fluorescenciją, todėl galima analizuoti bandinius, kuriuose tėra po kelis patogenus. Be to, vienas antikūnių tipas yra prikabintas prie paviršiaus, todėl ieškomųjų ligos sukėlėjų tankis lusto paviršiuje padidėja.

   Kitose sistemose yra panaudoti antikūniai, kurie prikabina pralekiančius patogenus prie virpančių prietaisų, pavyzdžiui, kvarco kristalų, plonų membranų ar mikroskopiškų tramplinų. Kuomet prie šių prietaisų paviršiaus prikimba ligos sukėlėjas, jų masė išauga, o svyravimai sulėtėja. Tokį pokytį nesunku užregistruoti naudojant elektroniką.

Užuosk įsibrovėlį

   Šiame straipsnyje paminėtus prietaisus galima įsigyti jau dabar, arba jie turėtų pasirodyti per keletą artimiausių metų. Tuo pat metu yra kuriamos ir naujesnės, dar galingesnės technologijos.

   Vadinamosios elektroninės nosys, prietaisai, kurie šiuo metu yra naudojami aptinkant sprogmenis ir cheminį ginklą, yra mokomos "užuosti" ir biologines bombas. Viename tokių prietaisų, Cyranose, kurį gamina Kalifornijoje įsikūrusi kompanija Cyrano Sciences, yra kabliukų, pagamintų iš šiek tiek besiskiriančių polimerų, matrica. Kiekvienas toks kabliukas sugeba prisijungti tam tikrą specifinę medžiagą ir po to išsipučia. Kabliuke yra lašai medžiagos, laidžios elektros srovei. Kuomet kabliukai dar neišsipūtę, tie lašai yra pakankamai arti vienas kito ir sugeba perduoti elektros srovę; jiems išsipūtus, lašai atsiskiria, grandinė nutrūksta ir atsiranda teigiamas elektrinis potencialas. Kiekvieną kvapą atitinka skirtingas nutrauktų grandinių derinys. Mokslininkai dabar bando "nosis", sugebančias aptikti pavojingų bakterijų metabolizmo metu atsirandančias medžiagas arba chemines medžiagas, kurios yra naudojamos biologiniuose ginkluose kaip stabilizatoriai. Jie tikisi aptikti po būdingą derinį kiekvienai pavojingai biologinei medžiagai.

   Deja, sumanus teroristas apkvailins ir patį geriausią biodetektorių. Jis gali pasitelkti genų inžineriją ir nekenksmingą organizmą priversti gaminti mirtinus toksinus. Idealus detektorius privalėtų reaguoti į biologinį ginklą taip pat, kaip ir to ginklo puolamas organizmas, tiktai gerokai sparčiau. Šiuo metu amerikiečių agentūra DARPA remia tyrimus, kuriais stengiamasi sukurti biodetektorius, naudojančius gyvas žmonių, gyvūnų ir augalų ląsteles. Toks detektorius turėtų aptikti medžiagas, kurios yra kenksmingos bent vienam žmogaus ląstelių tipui; matuojant detektoriuje žūvančių ląstelių skaičių tikimasi nustatyti, kuomet aplinkoje atsiranda kenksmingas mikroorganizmas.

   Nors biologiniai ginklai kelia tikrą siaubą, iki šiol jokia šalis ar jokia teroristų grupė dar nedrįso juo pasinaudoti žudant tūkstančius žmonių. Biodetektoriai galėtų ne tik apsaugoti gyventojus tokio, kad ir mažai tikėtino, pavojaus akivaizdoje. Juos galima panaudoti ir kitur. Patogenų detektoriai gali pagelbėti aptinkant užnuodytą maistą arba diagnozuojant užkrečiamąsias ligas. Ląstelių reakciją matuojantys prietaisai gali padėti įvertinant vėžinių ląstelių jautrį įvairiems vaistams, todėl medicina galės greičiau rasti veiksmingiausius medikamentus. Ateis laikas kai ne vien kardus, bet ir skydus bus galima perkaldinti į plūgus.