Szybka analiza bioaerozoli w celu badania charakteru ataków
Bioterroryzm jest poważnym i nieustającym zagrożeniem. Historyczne przypadki, takie jak ataki z użyciem wysyłanego w listach wąglika w 2001 roku w Stanach Zjednoczonych, które doprowadziły do śmierci ofiar i wzbudziły powszechny strach, doskonale ilustrują niszczycielski wpływ czynników biologicznych. Niedawne zdarzenia związane z groźbami w postaci białego proszku wysyłane do belgijskich instytucji przypomniały o tych obawach, choć wiele z tych przesyłek okazało się nieszkodliwymi żartami. Zdarzenia te wskazują na potrzebę opracowania szybkich i precyzyjnych systemów wykrywania zagrożeń biologicznych, które mogą odróżnić rzeczywiste zagrożenia od fałszywych alarmów, zapobiegając niepotrzebnej panice i umożliwiając skuteczną reakcję służb. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu HoloZcan analizował zagrożenie atakami biologicznymi i opracował kompleksowe narzędzie oceny ryzyka na potrzeby służb ratowniczych. Nowe narzędzie może wpłynąć na ich działania w przypadku poważnych incydentów, takich jak ataki na stadionach, wypadki przemysłowe i zanieczyszczenia ścieków w wyniku klęsk żywiołowych. Zespół postanowił również pomóc służbom ratowniczym w identyfikacji nieznanych proszków. „Rozwiązanie HoloZcan może odegrać istotną rolę we wstępnej klasyfikacji i identyfikacji źródła nieznanych proszków, zarówno unoszących się w powietrzu, jak i znajdujących się na powierzchniach, które mogą być związane z chemicznymi lub biologicznymi środkami bojowymi”, wyjaśnia Gyorgyi Bela, koordynator projektu HoloZcan. Zespół projektu HoloZcan zdołał udoskonalić swoje innowacyjne rozwiązanie do tego stopnia, że pozwala nawet na określanie potencjalnej zawartości bakterii w deszczu i powietrzu, co staje się coraz bardziej istotne ze względu na topnienie wiecznej zmarzliny z powodu zmiany klimatu, w wyniku czego do atmosfery mogą trafić długo uśpione mikroorganizmy.
Pokonywanie ograniczeń konwencjonalnych metod wykrywania bioaerozoli
Stosowane w mikrobiologii standardowe metody wykrywania i identyfikacji obejmują sekwencjonowanie, wiązanie, znakowanie i techniki amplifikacji, z których każda ma swoje własne ograniczenia. Znakowanie fluorescencyjne wymaga specyficznych markerów docelowych, co oznacza, że niezabarwione patogeny mogą nie zostać wykryte. Ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy (qPCR) i amplifikacja izotermiczna za pośrednictwem pętli (LAMP) zapewniają wysoką czułość, ale są podatne na fałszywie dodatnie wyniki z powodu efektów dimerów starterów i wykrywania nieżywotnych pozostałości DNA. Sekwencjonowanie, choć bardzo dokładne, wymaga dużych nakładów i odpowiedniego przygotowania próbek, w dodatku jest podatne na zanieczyszczenia. Ponadto badacze nie są w stanie określić, czy dany szkodliwy gen podlega aktywnej ekspresji, czy też jest ograniczany przez regulację epigenetyczną. Badania oparte na przeciwciałach opierają się na predefiniowanych celach, co sprawia, że są podatne na problemy związane z reaktywnością krzyżową i nieskuteczne wobec nowych zagrożeń. Projekt HoloZcan, realizowany przez zespół IDEAS Science na Węgrzech, zapewnia szybką analizę wizualną bioaerozoli bez konieczności ich znakowania. W przeciwieństwie do ukierunkowanych metod wykrywania, rozwiązanie HoloZcan stosuje podejście agnostyczne, eliminując potrzebę wcześniejszej wiedzy na temat konkretnych patogenów, dzięki czemu jest idealne do wykrywania wielu zróżnicowanych anomalii. System jest szybki i bardzo czuły, w związku z tym nie jest przeznaczony do precyzyjnej identyfikacji patogenów lub wykrywania narażenia na niskie dawki. Zamiast tego działa jako narzędzie wczesnego ostrzegania, wykrywając anomalie biologiczne w czasie rzeczywistym lub w terenie w celu dalszego badania przy użyciu bardziej wyspecjalizowanych technik. „Ważne jest również wskazanie, że rozwiązanie HoloZcan zostało zaprojektowane do wykrywania czynników mikrobiologicznych - grzybów, bakterii, zarodników i większych wirusów, a nie biotoksyn. Złożone substancje biochemiczne, takie jak rycyna i toksyna botulinowa, wymagają technik analizy chemicznej - rozwiązanie HoloZcan nie ma takich możliwości”, wyjaśnia Béla Mihalik, czołowy innowator projektu HoloZcan.
Szybsze reagowanie na niewidoczne ataki w Europie
Celem projektu było rozwiązanie niektórych problemów zidentyfikowanych w ramach projektu ENCIRCLE, którego założeniem było zwiększenie odporności Europy na ataki i zagrożenia chemiczne, biologiczne, radiologiczne i nuklearne (CBRN). Jak zauważa Mihalik: „Z powodzeniem sprawdziliśmy skuteczność naszej metody w kontrolowanych warunkach. Tworząc aerozole bakterii symulowaliśmy obecność wysokich stężeń zewnętrznych czynników biologicznych i wielokrotnie je wykrywaliśmy. Zebraliśmy również próbki wydychanego powietrza, wprowadziliśmy cząsteczki wirusa i potwierdziliśmy ich obecność za pomocą cyfrowej mikroskopii holograficznej (DHM)”. Po potwierdzeniu skuteczności systemu konieczne jest wprowadzenie dalszych ulepszeń, integracja komponentów i szeroko zakrojone testy terenowe, zanim system będzie w pełni sprawny.
Słowa kluczowe
HoloZcan, chemiczny, biologiczny, radiologiczny, nuklearny, CBRN, bioaerozole, wykrywanie, biały proszek, bakteryjny, bioterroryzm, ataki biologiczne, służby ratownicze
