BIOTERRORISMO Y AGENTES DE "BIO-AMENAZA"

1. BIOTERRORISMO Y AGENTES DE "BIO-AMENAZA"

2. ¿QUÉ ES BIOTERRORISMO? “La amenaza o uso de agentes biológicos por individuos o grupos de individuos motivados por objetivos políticos, religiosos, ecológicos o de otras ideologías” Center for Counter-proliferation Research, National Defense University, Washington, DC 1998

3. Agentes Biológicos de TerrorAdaptado de los Centros para el Control de Enfermedades "Biological and Chemical Terrorism: Strategic Plan for Preparedness and Response" Centros para el Control de Enfermedades Bio-agentes son aquellos que tienen mayor probabilidad de poner en riesgo la seguridad nacional porque:**pueden ser fácilmente diseminados o transmitidos de persona a persona; **proveen altos niveles de mortalidad y potencial para serios impactos en salud; **puede causar pánico y disrupción social; **requiere acción especial para preparación de salud pública Los agentes que están considerados como primordiales agentes de terror biológico incluyen: **viruela (variola major) **ántrax (Bacillus anthracis) **plaga (Yersinia pestis) **botulismo (Toxina Clostridium boulinum) **filoviruses (Ébola o Fiebre hemorrágica Marburg) **arenaviruses (Fiebre Lassa, Fiebre hemorrágica Argentina)

4. BIOTERRORISMO Ha existido desde la era medieval: siglos 14 y 15 1340 Atacantes lanzaron caballos y otros animales muertos al castillo de Thun L'Eveque en Hainault, lo que es hoy día el norte de Francia.utilizando la catapulta. Los defensores reportaron que "la peste y el aire eran tan abominables …que no podían aguantar mucho mas" y negociaron una tregua. 1346 Mientras los Tártaros ponían barricadas en Caffa, un puerto en la península Crímea del Mar Negro, sufrieron un brote de plaga. Antes de abandonar su ataque, enviaron los cuerpos infectados de sus camaradas sobre las paredes de la cuidad. Los residentes que huyeron, cargaron la enfermedad a Italia, fomentando la segunda epidemia más grande de "Muerte Negra" en Europa 1422 En Karlstein en Bohemia, fuerzas armadas lanzaron cadáveres en estado de descomposición de hombres que fueron matados en una batalla sobre las paredes del castillo con la esperanza de dispersar la enfermedad. La barrera fue abandonada luego de cinco meses, ya que la defensa actuó rápidamente. http://www.pbs.org/wgbh/nova/bioterror/hist_nf.html

5. Terrorismo Biológico • Revolución Americana: Militares Británicos trataron de dispersar viruela al Ejército Continental • La misión no fue fructífera: los civiles infectados fueron puestos en cuarentena • Guerra Civil: Envenenamiento de pozos con caparazones de animales por el Ejército Confederado; venta de ropa y sábanas contaminadas con viruela y fiebre amarilla a las tropas de la Unión • 1ra Guerra Mundial: Científicos y militares alemanes infectaron el ganado con ántrax o Burkholderia mallei para causar epidemias • produjo resultados insignificantes • 1940:Japón derramó moscas de ratas infectadas con plaga en China: 10,000 muertes • 1978: Novelista Búlgaro exiliado fue asesinado con un paraguas que contenía en su punta una pelotilla con una proteína venenosa

6. Control Internacional de Armas de Destrucción Masiva (ADM) • 1925: Armas biológicas y químicas fueron prohibidas por el protocolo de Géneva de 1925 • No se prohibió el "R&D" de armas biológicas y químicas • 1969: El Presidente Nixon ordenó ponerle fin a la unidad de guerra biológica y ordenó que todos los materiales fuesen destruídos • Cambio de guerra biológica ofensiva a guerra defensiva • 1972: Tratado de Armas Biológicas y Químicas firmado por 100 países

7. ¿Porqué son los Agentes Biológicos Armas Atractivas? • Generalmente Menos Costosas que otras ADM • El “Poor Man’s Nuke” • El efecto letal equivalente proveniente de armas nucleares costaría apróximadamente 800 veces más ($800 invertidos en Armas Nucleares por cada $1 utilizado para Armas Biológicas) • Uso Dual- ¿El material biológico es vacuna o arma? • Mismo equipo utilizado para producir ambas vacunas legales/ fármacos y armas biológicas • Criminal puede negar que los materiales serían utilizados para producir armas biológicas • Estar envuelto en actividades legales ayuda a minimizar el costo de armas biológicas • Personal o profesionales entrenados usualmente disponibles

8. ¿Por qué son los Agentes Biológicos Armas Atractivas? • Ataques silenciosos, innotables • Bombas y balas son ruidosas y sus efectos son usualmente dramáticos y evidentes - no es el caso con armas biológicas • AB pueden ser insípidas, inodoras, incoloras e inotables • Permite ataque fácil a grandes poblaciones • Existe un espacio de tiempo entre la inflicción del daño y cuando se torna notable

9. ¿Porqué son los Agentes Biológicos Armas Atractivas? • Negación Plausible • Estado o grupo terrorista puede fácilmente negar entrega • Difícil de encontrar pruebas - los terroristas que utilizaron ántrax en el 2001 no han sido encontrados y probablemente nunca lo serán (muy poca evidencia) • Secuenciar el ADN de agentes biológicos y encontrar un agente compatible que se encuentre en posesión de un sospechoso es posiblemente la única manera de localizar al atacante - las secuencias también son especulativas VS.

10. ¿Por qué son los Agentes Biológicos Armas Atractivas? • Período de encubación largo • La mayoría de las armas actúan al momento, este no es el caso con AB • Varios agentes de AB tienen períodos de encubación de un promedio de 1-60 días • Puede sorprender al oponente/víctima y ponerlos en pocisión de supervivencia en vez de defensa ==> mayor vulnerabilidad • No hay manera de saber cuándo hay que aumentar la seguridad, usualmente imposible encontrar el origen de AB

11. Agentes de Bio-amenaza Agentes biológicos que pueden ser utilizados en armas incluyen varias bacterias, viruses, hongos y toxinas. Adaptado del CDC Select List of Agents, U.S. Department of Health and Human Services 42CFR Part 72, RIN 0905–E70.

12. Bacillus anthracis

13. Bacillus anthracis • Ataques de Sept 11 en el "World Trade Center" y el Pentágono • October 4, 2001: Robert Stevens diagnosticado en FL con ántrax pulmonar • Seguido de otros casos: FL, NY, Washington, DC; esporas encontradas; infecciones; enfermedades y fatalidades • Cinco muertos; millones de $$ en limpieza y descontaminación • Se dieron cuenta de que EU no estaba preparado para ataques con armas biológicas • Respuesta, contención, tratamiento o atribución • Nuevas técnicas investigativas necesarias Center for Counterproliferation Research Report, 2002

14. Bacillus anthracis • Causa ántrax • Forma de barra • Formador de espora • Gram-positive • Fácil de dispersar Bacteria de ántrax SEM: CAMR, Barry Dowsett / Science Photo Library http://www.microbelibrary.org/

15. Análisis de tinción Gram • Diagnóstico útil para ántrax cutáneo y de inhalación • Una muestra de sangre o de piel es obtenida del paciente y cultivada por 6 - 24 horas • Tinciones Gram toman de entre 10 a 15 minutos • Identificar si la bacteria proviene de la categoría ántrax Bacillus anthracis en tinción Gram

16. Endoespora • Oxígeno requerido para la esporulación • 1 espora por célula • Células deshidratadas • Altamente resistentes al calor, frío, químicos desinfectantes, períodos secos • Protoplasto carga el material para la célula vegetativa futura • Corteza provee resitencia al calor y a la radiación • Pared de la espora provee protección contra químicos y enzimas http://www.gsbs.utmb.edu/microbook/ch015.htm

17. Logros en la Historia de Antrax • Historia temprana • 1800s • 1900s • Años recientes • Brotes en Tailandia y EU

18. Historia de Antrax (Historia temprana) • Aunque ántrax fecha más de 3,000 años, no fue reconocido como una enferemedad hasta el siglo 18. • 1500 a.c - Una “plaga de inflamaciones de pus” en Egipto afectó al ganado del Faraón. Estas inflamaciones de pus son características sintomáticas de ántrax. • 1600s - El “Black Bane” que se pensaba era ántrax, mata sobre 60,000 ganado en Europa. • 1700s - Existen algunos recuentos de casos humanos.

19. Historia (1800s) • Temprano en 1800s – Los primeros casos humanos de ántrax cutáneo en los EU e Inglaterra fueron reportados en hombres que se contagiaron con la enfermedad luego de haber estado en contacto con ganado infectado. • La enfermedad era llamada "Wool Sorter" o "Rag Picker" porque afectaba a trabajadores en esos comercios. • 1868 - Antrax fue observado bajo un microscopio. • 1876 - Bacteriólogo alemán Robert Koch confirma el origen bacteriano de ántrax

20. Historia (Temprano en 1900s) • 1915 - Agentes alemanes inyectan caballos, mulas y ganado con ántrax durante la primera Guerra Mundial. Este fue el primer uso reportado de ántrax como armabiológica. • 1937 - Japón comienza un programa de guerra biológica en Manchuria, incluyendo pruebas con ántrax. • 1942 - Inglaterra demuestra experimentos utilizando ántrax en Gruinard Island en las afueras de la costa de Escocia. • 1943 - Estados Unidos comienza a desarrollar armas con ántrax. • 1945 - Un brote de ántrax enIrán mata a más de un millón de ovejas.

21. Historia (Tarde en 1900s) • 1950s y 60s - Programas de guerra biológica en E.U. continúa luego de la segunda guerra mundial en Fort Detrick, Maryland • 1969 - El Presidente Nixon termina el programa de guerra ofensiva con armas biológicas en Estados Unidos pero los trabajos de defensa continúan • 1970 - Vacuna de ántrax para humanos fue aprovada por el FDA en E.U. • 1978-80 - El brote mundial más grande de ántrax humano por medio de insectos o carnes contaminadas afectó Zimbabwe, África donde más de 10,000 casos fueron reportados y sobre 180 personas murieron. • 1979 - En la Unión Soviética, esporas de ántrax aerosolizadas fureon lanzadas accidentalmente a una facilidad militar, afectando a 94 personas y matando 64.

22. Historia (Años Recientes) • 1991 - Alrededor de 150,000 tropas estadounidenses fueron vacunadas contra el ántrax en preparación para la Guerra del Golfo. • 1990-93 - El culto, Aum Shinrikyo, lanzó esporas de ántrax en Tokyo, afortunadamente nadie fue afectado. El 27 de febrero de 2004, el líder de este grupo fue sentenciado a muerte en una corte de distrito en Tokyo. • 1995 - Iraq produce 8,500 litros de ántrax concentrado como parte del programa de armas biológicas bajo la administración deSaddam Hussein. • 2001 - Cartas conteniendo esporas de ántrax fueron enviadas a muchos lugares en E.U. tales como NBC, New York Times, y la Prensa en Miami. En Florida, un hombre murió luego de inhalar ántrax en su oficina.

23. B. anthracis • Genéticamente homogéneo • Difícil de diferenciar "strain" • Esporas extremadamente estables por décadas • Estabilidad reduce la velocidad de cambios evolutivos • Brote de enferemedad puede surgir de víctima/portador difunto • Distinción entre “natural” y bio-amenaza

24. Antrax • De la palabra Griega anthrakos que significa carbón • Primordialmente una enfermedad de animales domesticados & salvajes • Herbívoros tales como ovejas, vacas, caballos y cabras • Reserva natural en la tierra • No depende en reserva animal haciéndolo difícil de erradicar • Puede ser cultivado regularmente de la tierra donde hay ántrax endémico • Occure esporádicamente por los E.U. • South Dakota, Arkansas, Texas, Louisiana, Mississippi, California son áreas endémicas reconocidas • Zonas de ántrax • Tierras ricas en materia orgánica (pH < 6.0) • Cambios climáticos dramáticos

25. Infección y Distribución de ántrax • Puede ser distribuído por medio de corrientes, insectos, animales salvajes, pájaros, desperdicios contaminados • Animales infectados por esporas nacidas en la tierra encontradas en agua y alimentos o por mordidas de ciertos insectos • Humanos pueden ser infectados cuando entran en contacto con huesos, excremento, carne, pelo, o piel animal • Infecciones cutáneas y de inhalación son las más comunes • Riesgo de infección natural: 1/100,000 • Brotes ocurren en áreas endémicas en las cuales hay brotes en ganado.

26. Brotes en los EU • En los inicios de 1900, apróximadamente 130 casos ocurrieron anualmente debido a las siguientes razones: 1) Trabajadores agriculturales y de finca expuestos a animales infectados 2) Procesadores expuestos a productos provenientes de animales infectados (pelo, cuero, hueso y lana) 3) Empleados de laboratorio en contacto con esporas de ántrax 4) Civiles expuestos a productos animales contaminados que fueron importados • Estos cuatro son raros hoy en día.

27. Brotes Naturales en Dakota del Norte • La ocurrencia más alta de brotes de ántrax en los EU • 1989-1999 - 26 casos de ganado infectado fueron reportados. • 2000 - 33 casos fueron reportados durante Julio-Septiembre. • Total de 180 animales murieron y una persona fue infectada con ántrax cutáneo.

28. Patogénesis • La dosis infecciosa de B. anthracis en humanos por cualquier ruta, no es conocida • Confian en data preliminar • Dosis mínima de infección ~ 1,000-8,000 esporas • LD50 de 8,000-10,000 esporas para inhalación • Virulencia depende de 2 factores • Cápsula • 3 toxinas http://www.kvarkadabra.net/index.html?/biologija/teksti/biolosko_orozje.htm

29. Cápsula • Glicocalix • Polímero gelatinoso, pegajoso externo a la pared celular • Hecho de D-ácido glutámico • No-tóxico por sí mismo • Sólo B. anthracis encapsulado es virulento • Rol más importante es durante el establecimiento de la enfermedad • Proteje contra fagocitosis y ruptura durante estado vegetativo http://textbookofbacteriology.net/BSRP.html

30. Toxinas • Antígeno Protector (AP) • Factor Edema (FE) • Factor Letal (FL) • Proveen el 50% de proteínas en el organismo • Individualmente no-tóxicas • AP+FL  actividad letal • FE+AP  edema • FE+FL  inactivo • AP+FL+FE  edema y necrosis; letal http://www.rcsb.org/pdb/molecules/pdb28_1.html

31. Toxinas de Bacillus anthracis • Factor Edema • Ciclasa de adenilasa dependiente de calmodulina • ↑ c-AMP conduce a edema • inhibición de neutrofilos • Factor Letal • Metaloproteasa de zinc • Estimula el liberamiento de TNF-α y IL-1β de macrófagos • Antígeno Protector • Dominio que enlaza toxinas TOXINAS = factor edema + factor letal + antígeno protector

32. Ántrax: Síndromes y Transmisión • Cutáneo • inoculación de la piel con esporas de animales afectados, piel, lana, etc. • Gastrointestinal • ingestión de carne contaminada • Inhalacional • inhalación de esporas en partículas de 1-5 micrones

33. Ántrax Cutáneo • 95% de las infecciones de ántrax ocurren cuando la bacteria entra una cortadura o rasguño en la piel mientras se manejan productos animales contaminados o animales contaminados • Tambien puede ser dispersado por insectos que se han alimentado de algún cuerpo infectado. • Despues que la espora germina en tejidos de piel, la producción de la toxina resulta en una lesión que pica que se desarrolla en una vesícula y luego en una úlcera negra indolora. http://science.howstuffworks.com/anthrax1.htm

34. Ántrax Cutáneo • Período de encubación de 1-7 días • Papula pequeña pruritica a vesícula no dolorosa 1-2 cm, edema y eritema • Vesícula se agranda, malestar, fiebre • Vesícula se rompe a los 5-7 días, cráter de úlcera desarrolla cáscara negra • Cáscara se cae, cicatriz • Complicaciones: “edema maligno”, bacteremia

35. Ántrax: Ulcera Cutánea

36. Ántrax Gastrointestinal • Ántrax GI puede ocurrir luego de consumir carne contaminada o cruda • Existen dos tipos de ántrax GI: 1) Oral-faringeo 2) Abdominal • Ántrax abdominal es más común que la forma oral-faringea http://science.howstuffworks.com/anthrax1.htm

37. Ántrax GI • Forma Oral-faringea - resulta de la deposición y germinación de esporas en la parte superior del tracto gastrointestinal • Infección local de las glandulas y canales linfáticos, edema, sepsis se desarrolla luego de una úlcera oral o esofageal • Forma Abdominal - resulta de la deposición y germinación de esporas en la parte inferior del tracto gastrointestinal, lo que resulta en una lesión intestinal primaria • Síntomas tales como dolor abdominal y vómitos pueden aparecer algunos días después de la ingestión

38. Infección GI • Casos de ántrax GI no son comunes • Han habido brotes reportados en los siguientes lugares del mundo Zimbabwe, África y el norte de Tailandia • Ántrax GI no ha sido reportado en los EU. • Período de encubación: • 1-7 días • Fatalidad de caso a los 2 días de infección: • Sin tratamiento (25-60%) • Con terapia antimicrobiana - indefinido (por la rareza del caso)

39. Ántrax: Gastrointestinal • Ingestión de carnes contaminadas • Encubación: horas hasta 7 días • Fiebre, gastroenteritis aguda, vómitos, diarrea con sangre • Cáscara intestinal similar a lesión cutánea de ántrax • hemorrágica • Progresión a toxemia generalizada • Grado de mortalidad 50 a 100% CDC

40. Inhalación de ántrax • La infección comienza con la inhalación de la espora deántrax • Las esporas deben ser menos de 5 micrones (millonésimo de un metro) para alcanzar el alveolo • Los macrófagos destruyen algunas de las esporas • Esporas sobrevivientes son transportadas a los nódulos linfáticos • Por lo menos 2,500 esporas tienen que ser inhaladas para causar una infección Inhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of Pathology

41. Inhalación de ántrax • Enfermedad sigue immediatamente la germinación • Las esporas se reproducen en los nódulos linfáticos • Los pulmones están separados por una estructura llamada mediastino, la cual contiene el corazón, traquea, esófago y vasos sanguíneos • Toxinas bacterianas son liberadas durante replicación resultando en ensanchamiento del mediastino y efusiones pleurales (acumulación de fluído en el espacio pleural) Inhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of Pathology

42. Inhalación de ántrax • Muerte ocurre generalmente 2-3 días después del inicio de los síntomas • Infecciones naturales son extremadamente raras (en los EU, 20 casos fueron reportados en el último siglo) • Inhalación de ántrax es el tipo más letal de la enfermedad. • Período de Encubación: • 1–7 días • Posiblemente hasta 42 días (dependiendo de cuantas esporas fueron inhaladas) • Fatalidad después de 2 días de infección : • Sin tratamiento (97%) • Con terapia antimicrobiana (75%)

43. Inhalación de Antrax • Dosis contagiosa para 50% de las personas: 8,000-12,000 esporas (pero menos en algunos individuos) • Período de encubación: 1-5 días (hasta 60) • Síntomas iniciales: fiebre, malestar y fatiga tos no-productiva dolor de pecho (leve) ± mejoría en 2-3 días

44. Inhalación de Antrax • Síndrome Completo: • Molestia respiratoria severa, con apnea, pitido, diaforesis, cianosis y dolor de pecho • naúsea, vómitos, dolor abdominal • Rayos X del pecho con mediastino ensanchado y efusiones pleurales • bacteremia, choque séptico shock, bacilos visualizado en sangre, meningitis en 50% • Muerte en 24-36 horas

45. Creación de armas & Bacillus anthracis ¿Por qué es éste Agente considerado la amenaza biológica número uno/dos por el Departamento de Defensa? Una muestra de ántrax en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Mexico City

46. Utilizando ántrax como arma: ¿Cómo se hace? • Método Simplista: • Crezca cultivo de bacterias (germinación => vegetación, in vitro @37º C) • Permita que las bacterias esporulen, separe por filtración o centrifugación • Cree las armas - ¿qué tipo de dispersión? • Dispersión mojada • Disperse solución líquida (gotas) sobre el enemigo • Dispersión seca • Secar con agente secante (ej. Sulfato de magensio) = polvo • Aerosolizar y dispersar sobre población de interés/blanco • Dispersar por correo o algún otro medio • Pero, ¿es esto fácil? Respuesta: NO

47. Utilizando ántrax como arma: ¿Cómo se hace? • Dispersión mojada • Difícil de formular para uso efectivo • Cuando la solución es dispersada, las gotas tienden a ser grandes (ej. Windex) • Las gotas no permanecen en el aire por largo tiempo • Se necesitaría un avión viajando a 600 mph o dispersadores especiales de alta presión cuyo valor es ~$100,000 y tendrían que ser montados en una camioneta • No es práctico • Solución: Utilice polvo seco

48. Utilizando Antrax como arma: ¿Cómo se hace? • Dispersión Seca • Más fácil, pero no necesariamente una caminata en el parque… • Después de la formación de esporas, filtración y centrifugación, esporas & células restantes formarán una pasta (consistencia de mantequilla de maní) • La pasta es secada ==> forma ladrillo • Ladrillo tiene que ser pulverizado (1 m) ==> esporas tendrán carga superficial ==> masa • Necesidad de neutralizar estática (similar a colocar una hoja de "Bounce" en la secadora)

49. Utilizando ántrax como arma:¿Cómo se hace? • Neutralizando la estática de las esporas • Formulaciones exactas y recetas son material clasificado • El concepto básico es cubrir las esporas con plasticina fina de aluminio o silica (los Iraquíes utilizan el químico Bentonite) • Las esporas ya no formarán una masa, por el contrario, querrán estar separadas, se repelen ==> no se pegan a las superficies • Sin cargas superficiales, las esporas pueden ser re-aerolizadas después de entrar en contacto con objetos • Área tratada puede ser infecciosa por un largo período luego de la dispersión (aumenta el peligro y la letalidad de estas armas)

50. http://cryptome.org/anthrax-powder.htm