Nyt varslingssystem for miltbrandbakterier i støbeskeen

Høj feber, bylder, sår, hævede lymfekirtler og vand i lungerne. Miltbrandbakterien Bacillus anthracis rammer hårdt, og patienter, som dør af sygdommen har typisk lungerne fyldt af blodig væske, så de drukner.

Sporerne fra den frygtede bakterie kan fremstilles i store mængder i et laboratorium, og er et oplagt terrorvåben.

I efteråret 2001 bredte miltbrandpanikken sig således over alt i verden, efter de første breve med dødeligt pulver af miltbrandbakterier blev sendt til medievirksomheder og prominente politikere i USA.

Hændelserne har gjort indtryk på EU, der nu sætter alle sejl ind for at opbygge et fuldautomatisk varslingssystem, som øjeblikkeligt skal kunne advare befolkningen under et angreb.

Danske forskere fra Danmarks Miljøundersøgelser på Aarhus Universitet har sammen med Kalmar Universitetet, Universitet i Bergen og Statens Serum Institut fået syv millioner kroner til at udvikle konkrete modeller for, hvordan miltbrandbakterier spreder sig i atmosfæren. I foråret 2007 startede forskerne projektet, som nu løber ind i sin slutfase. »Da vi startede projektet var der store huller i den viden, der er afgørende for at kunne opbygge sådan et varslingssystem,« fortæller seniorforsker Ulrich Bay Gosewinkel fra Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet, der leder forskningsprojektet. Ligesom flere af sine kolleger har han udskudt sin sommerferie for at gøre projektet færdigt til tiden.

Terroralarm indenfor en time

Ulrich Bay Gosewinkel fortæller om arbejdet:

»Projektet har gjort os en del klogere med hensyn til hvilke bakterier, der naturligt findes i atmosfæren, og vi har udviklet to konkrete spredningsmodeller, som vi nu skal teste: Én der beskriver baggrundskoncentrationen fra naturlige og menneskeskabte kilder og én, der kan beskrive spredningen af uønskede mikroorganismer. Det arbejde forventer vi at afslutte til august.«

Med de nye modeller i ryggen har EU planer om at placere små sensorer strategiske steder, hvor der samles mange mennesker, såsom metrostationer, stadioner, skoler og lufthavne.

Èn gang i timen skal sensorerne af sig selv opsnappe en mundfuld luft og lave det analysearbejde, der skal til, for at kunne identificere bakterierne ved at kortlægge mikroorganismernes genetiske fingeraftryk i form af dna.

Registrerer en af sensorerne en forøget mængde af miltbrandbakterier, skal den via en tilkoblet mobiltelefon automatisk ringe op til det lokale terrorberedskab og slå alarm. Responsen skal falde efter højst en time.

Miltbrand har fem ‘tvillingebrødre’

Hvis det skal kunne lade sig gøre at få en sensor til at registrere miltbrandsporer i luften, er det afgørende, at den er i stand til at kunne skelne dem fra andre mikroorganismer.

Problemet er, at miltband-bakterien har hele fem ‘tvillingebrødre’, dvs. bakterier, der udadtil ligner den til forveksling, men som i modsætning til miltbrandbakterien enten er helt harmløse eller væsentligt mindre farlige.

Mange af disse tvillingebrødre optræder i naturen som eksempelvis i havvand, i landmændenes biologiske bekæmpelsesmidler på markerne eller i ørkensand, som hele tiden spredes ud over jordkloden med vind og vejr. Det vil kunne narre et varslingssystem til at tro, at der er tale om et terrorangreb.

Et vigtigt krav til varslingssystemet er derfor, at det ikke giver et hav af falske alarmer, og kun lader alarmklokkerne ringe, hvis den virkelige skurk, Bacillus anthracis, er på spil.

Indsamler prøver fra fly

Da projektet startede, eksisterede der kun nogle få målinger af hvilke af miltbrandbakteriens slægtninge, der findes hvor i atmosfæren. Den viden er imidlertid helt afgørende for, at et kommende varslingssystem kan tage højde for udsving i bakteriernes koncentrationer fra sted til sted og sortere den form for ‘baggrundsstøj’ fra. Desuden skal et system kunne se bort fra de små mængder af de naturligt forekommende miltbandbakterier, som også er i luften. Så længe der er tale om nogle få bakterier er de ufarlige for mennesker, da det kræver tusindvis af bakterier at kunne skabe en alvorlig infektion.

En stor del af forskningsprojektet på DMU går derfor ud på at kortlægge hvilke bakterier, der findes hvor i naturen, og hvor stor koncentrationen typisk er for hver af dem.

Sådan en kortlægning kræver et stort benarbejde og har ført de danske miljøforskere vidt omkring. Nogle har slæbt deres udstyr op i toppen af tårnet på Storebæltsbroen, andre har besøgt en bjergtinde på Svalbard, mens Ulrich Bay Gosewinkel som uddannet fritidspilot har fløjet hen over det danske landskab og har opsamlet luftprøver med en støvsugerslange ud igennem vinduet.

Studierne viste, at antallet af bakterier varierer kraftigt fra sted til sted.

Højt oppe i atmosfæren er der typisk 1.000 bakterier per kubikmeter luft af alle mulige slags, men det kan hurtigt blive til 100.000, hvis man flyver over en mark, en skov eller en by, hvor der findes mange naturlige kilder.

Studiet har givet teamet en grundlæggende viden om bakteriernes fordeling i atmosfæren, og de har blandt andet fundet flere Bacillus cereus, som havde forklædt sig som Bacillus anthracis. Den viden er en vigtig forudsætning for at kunne lave et effektivt varslingssystem for terrorangreb med miltbrand.

Ingen falske alarmer

Men bakterierne bliver ikke ved med at være det samme sted – tværtimod har de en størrelse, der gør, at de let hvirvler op i luften og blive ført med vinden over meget store afstande, og det gælder både de bakterier, der optræder naturligt, samt dem, der frigives i et terrorangreb.

For at beskrive den transport har forskerne opbygget spredningsmodeller, der regner på hvordan bakterierne flyttes rundt med vejr og vind. I spredningsmodellerne har forskerne først inddelt atmosfæren på den nordlige halvkugle i små gitterbokse. Herefter har de givet sig i kast med at beskrive hvor mange mikroorganismer, der strømmer ud af den ene boks og ind i den næste. Modellerne beskriver blandt andet hvordan bakteriesporer kan hvirvle op fra ørkensandet i Sahara og flyve hele vejen til Danmark, og hvordan kraftigt blæsevejr trækker sporer ud af havets bølger og fører dem hundredvis af kilometer ind over land. Endelig beskriver den, hvordan bakterier fra et terrorangreb spredes for alle vinde. Alle disse mekanismer er velkendte, men er hidtil ikke blevet matematisk formuleret for mikroorganismerne.

»Det er temmelig kompliceret at formulere hvordan sporerne bliver frigivet fra f.eks. en jordoverflade, der indeholder en milliard mikroorganismer per gram, og hvordan de hvirvles op i atmosfæren, men det er lykkedes ved at tilpasse en metode som blandt andet grækerne bruger til beskrivelse af støvstorme og integrere den i vores model,« siger Lise Marie Frohn.

En reel trussel

I dag står forskerne altså med to modeller for bakteriernes opførsel i atmosfæren. Den ene beskriver ‘baggrundsstøjen’ og transporten af naturligt forekommende bakterier samt bakterier fra biologiske bekæmpelsesmidler over store afstande.

Den anden beskriver hvordan et uønsket udslip af skadelige bakterier som f.eks. miltbrand vil sprede sig ud over et område.

Modellerne er nu kommet så langt i udviklingen, at de er klar til test. Viser de sig at leve op til forventningerne, vil danske myndigheder såvel som EU i princippet være klædt på til at begynde at opbygge varslingssystemet.

Teamets nærmeste partner er da også Statens Serum Institut, der er gået ind i projektet med et ønske om at forbedre deres eksisterende terrorberedskab på området.

»I dag har vi nogle redskaber og kommunikationsveje for det danske beredskab, men dem vil vi gerne udvikle. Vi har nogle modeller og systemer for Danmark, som virker nu og her, men de kan suppleres og blive bedre og mere præcise og samtidigt gøres europæiske. Dette pilotprojekt er det første skridt på vejen,« siger seniorforsker Niels Ladegaard fra Center for Biosikring og -Beredskab på Statens Serum Institut. Han fortæller, at man i USA er langt fremme med udviklingen af den her type af apparater, og at myndighederne her har taget truslen for miltbrandangreb meget seriøst efter terrorangrebet på World Trade Center og miltbrandbrevene i 2001.

Den vogn vil EU gerne med på, og det er derfor det støtter op om forskningsprojekter inden for terrorberedskab.

»Miltbrandbakterier er et muligt terrorvåben blandt mange andre og ses i dag som en reel trussel. Og det er vigtigt at det danske terrorberedskab dække alle trusselsområder. Dette projekt er med til at støbe det videnskabelige fundament, og næste skridt bliver at få teknologien helt på plads,« slutter han.

En kraftig forstørrelse af milten kan være et af symptomerne ved fremskreden miltbrand – deraf navnet.

Det er svært at tage en prøve af noget, der er så tyndt fordelt som bakterier i luften, hvor man bagefter skal kortlægge deres DNA. Det er sket mere end én gang at jeg har sagt ‘her er dagens prøve’ til laboranten, som har måttet arkivere den lodret fordi jeg er kommet til at forurene den med bakterier fra flyveren

Ulrich Bay Gosewinkel.

Langt den almindeligste form for miltbrand er hud-miltbrand (kutan anthrax), hvor sporerne trænger gennem et sår i huden. Infektionen begynder som en ‘myggestik’, der i løbet af få dage bliver til et ikke-smertende sår på én-tre centimeter, som karakteristisk dækkes af en kulsort skorpe. Ledsages af hovedpine, muskelømhed, feber og opkastning. 20 procent dør uden behandling. Antibiotika vil redde næsten alle.

En mere sjælden form er lunge-miltbrand (pulmonal anthrax), hvor sporerne kommer ned i lungerne med vejrtrækningen. I starten får ofret forkølelsessymptomer. Efter nogle dage tiltagende vejtrækningsbesvær, almen påvirkning, blodforgiftning og kredsløbschok, som fører til døden. 90 procent dør.

Endelig er der tarm-miltbrand (gastrointestinal anthrax), hvor sporerne spises gennem smittet kød. I starten får den smittede kvalme, nedsat appetit, opkastning og feber. Siden hen mavesmerter, blodig opkastning og svær diaré. Omkring 40 procent vil dø.