Szacunkowe skutki potencjalnych ataków bioterrorystycznych lub wojny biologicznej

1. Szacunkowe skutki potencjalnych ataków bioterrorystycznych lub wojny biologicznej Wykład nr 5

2. 1. Plan prezentacji • Wojskowacharakterystykabroni biologicznej • Slajdy 2 - 5 • Broń masowego rażenia / Strategiczne ataki z wykorzystaniem broni biologicznej • Slajdy 6 - 12 • Produkcja broni biologicznej • Slajdy 13 - 16 • Inne okoliczności użycia broni biologicznej • Slajdy 17 - 20

3. 2. Charakterystyka wojskowa (i) • Różnorodność ataków z użyciem broni biologicznej: • Rożne cele (ludzie, zwierzęta lub rośliny) • Różne czynniki (bakterie, wirusy, grzyby, toksyny, bioregulatory) • Różna skala działania (zamach, taktyka wojskowa, strategia wojskowa, BMR) • Różne cele (wojnaotwarta lub tajna, terror)

4. 3. Charakterystyka wojskowa (ii) • Wojskowa klasyfikacjaśrodków biologicznych wykorzystywanych w czasie działań BW: • Potencjalnie zakaźne: • obezwładniające (np. wirus grypy) • śmiertelne (e.g. Yersinia pestis - dżuma) • Niezakaźne: • obezwładniające(np. Coxiella burnetii – gorączka Q) • śmiertelne (e.g. Bacillus anthracis - wąglik)

5. 4. Charakterystyka wojskowa (iii) • „Pożądane” wojskowe cechy czynników biologicznych wykorzystywane w czasie działań BW: • Konsekwentne wywoływanie oczekiwanego efektu • Niewielka dawka konieczna do wywołania efektu • Krótki i przewidywalny czas inkubacji • Brak lub ograniczona odporność populacji docelowej na użyty czynnik

6. 5. Charakterystyka wojskowa (iv) • „Pożądane” wojskowe cechy czynników biologicznych wykorzystywane w czasie działań BW (cd.): • Brak możliwości leczenia choroby w populacji docelowej • Strona atakująca dysponuje środkami chroniącymi wojsko oraz ludność cywilną • Możliwość masowej produkcji czynnika biologicznego • Posiadanie urządzeń do wydajnego rozprzestrzeniania czynnika • Stabilność czynnika w czasie transportu i przechowywania

7. 6. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (i) • Studium Narodów Zjednoczonych(1969): • Pojedynczy bombowiecz ładunkiem 10ton środka biologicznego: • Obszar objęty skażeniem: 100,000 km2 • Zachorowalność 50%; 25% śmiertelność w przypadku braku leczenia • Obszar objęty skażeniem w przypadku użyciabomby jądrowej (1 megatona): • 300 km2 • Obszar objęty skażeniem po użyciu 15 ton środka paralityczno-drgawkowego: • 60 km2

8. 7. Broń masowego rażenia/ Ataki strategiczne (ii) • Badanie SIPRI (1973): • Jeden bombowiecz ładunkiem 5-6 ton bomb • Obszar w km2, na którymjest możliwe 50% ofiar: • wysokowybuchowe 0.22 • VX gaz paraliżujący ośrodki nerwowe 0.75 • 10kilotonowabomba jądrowa 30 • czynnik biologiczny 0 -50 (w zależności od warunków pogodowych)

9. 8. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (iii) • Raport Fetteraopublikowany w 1991 w czasopiśmie International Security: • Pocisk o masie ładunkujednej tony, zrzucony na duże miasto o gęstości zaludnienia 30 osób/hektar: • 20 kilotonowa bomba jądrowazabiłaby 40,000 osób • 300kg Sarinuzabiłoby 200 - 3,000 osób • 30kg laseczek wąglikazabiłoby 20,000 - 80,000 osób

10. 9. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (iv) • Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz I • Atak na niechronione miasto o zaludnieniu 3,000 do 10,000 na km2 z użyciem pocisku zrzuconego przy pełnym zachmurzeniu lub w nocy i umiarkowanej sile wiatru: • każda 12.5 kilotonowabroń jądrowamiałaby zasięg 7.8km2i zabiłaby 23,000-80,000 ludzi • 300kg Sarinuzabiłoby 60-200 ludzina obszarze 0.22km2 • 30kg wąglikazabiłoby od 30,000 do 100,000 osób w chmurze (z głowicy bojowej) w kształcie cygara na obszarze 10km2

11. 10. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (v) • Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz II • Atak samolotu rozpylającego 10 kg laseczek wąglika liniowo nad miastem wielkości Waszyngtonu od strony nawietrznej: • W bezchmurny słoneczny dzieńz lekką bryzą: teren skażony miałby powierzchnię sięgającą 46km2;liczba ofiar śmiertelnych wyniosłaby od 130,000 do 460,000

12. 11. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (vi) • Raport Biura Oszacowań Technologicznych USA z 1993: Scenariusz II (cd.) • W pochmurny dzień lub nocąprzy umiarkowanej sile wiatruuległby skażeniuobszar 140km2,a liczba ofiar wyniosłaby420,000 do 1,400,000 osób • W bezchmurną, bezwietrzną nocskażeniu uległby teren 300km2,a liczba ofiar wyniosłaby od 1 do 3 milionów mieszkańców • Użycie strategii źródła liniowego i czynnika biologicznego w warunkach idealnych (np. przy braku promieniowania UV, któreszybko unieszkodliwiłoby przetrwalniki) może mieć niszczycielskie działanie, gdyż trudno dostarczyć pomoc tak wielu mieszkańcom jednocześnie

13. 12. Broń masowego rażenia / ataki strategiczne (vii) • Amunicja znana z programu BW USA: • Głowica bojowa dla sterowanego pocisku M210 zbombami małego wagomiaru (M143) w trakcie badań w 1967 • Zbiornik rozpylającyna czynnikpłynny A/B45Y-1 używany przez szybkie samoloty taktycznew trakcie badań w 1965

14. 13. Produkcja czynników biologicznych (i) • Hodowla fermentacyjna bakterii wymaga następujących etapów: • Posiadania koniecznej do zaszczepienia kultury pierwotnejwirulentnego patogenu • Początkowej hodowli w małych fermentatorach • Wzrostu w fermentatorze produkcyjnym • Zebrania czynnika z fermentatora • Końcowego przetwarzania np. liofilizacji

15. 14 Produkcja czynników biologicznych (ii) • Oszacowanie ilości czynnika koniecznego do przeprowadzenia ataku liniowego: • Rozważmy źródło punktowe, z którego ofiara otrzymuje dawkę zakaźną (D): • Qsiła źródła (j./m) mnożona przezb - wskaźnik oddechowy (objętość/minuta) dzielona przezh - głębokość warstwy powietrza oraz przezū - średnią powierzchniowąprędkość wiatru: • Stąd: D= Q.b h.ū

16. 15. Produkcja czynników biologicznych (iii) • Rozważając źródło punktowe (cd.): • Wymagana siła źródła: • Q= D.h.ū b • Używając typowych jednostek: • b=20 litrów/min (2.10-2 m3min-1); h=1km (103m); ū= 5m/s ( 3.102mmin-1) • Stąd, jeżeli D jest równe dziesięciokrotnej Dawce Infekcyjnej (ID50): • Q=10.ID50.103.3.102 2.10-2 • Tak więc atakujący potrzebuje około 108ID50/m = 1.5.108.ID50

17. 16. Produkcja czynników biologicznych (iv) • Dla źródła liniowegoo długości 10km atakujący potrzebuje: • 108 ID50x 104 =1012ID50 • Przypuśćmy, że w fermentatorze można otrzymać stężenie komórek bakteryjnych wynoszące 108komórek/ml. Atakujący będzie więc musiał wyprodukować : • 1012x (liczbakomórekodpowiadająca 1 ID50)/108x 1000) litrów zawiesiny • Biorąc pod uwagę, że ID50dla wąglika wynosi około 104, atakujący będzie potrzebowałokoło 100,000 litrów zawiesiny, co jest osiągalne w dziesięciu cyklach pracy fermentatora o pojemności 100 litrów

18. 17. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(i) • Przeciwrolnicza wojna biologiczna (agroterroryzm): • Działania wykorzystujące mało zaawansowane technologie, ale prowadzące do poważnych konsekwencji • Działania nie wymagające dużej wiedzy specjalistycznej, przeprowadzane z użyciemwysoce zaraźliwych patogenów (zwierząt i roślin) i prowadzące do dużych strat w rolnictwie • Przykładowow jednym raporcie stwierdzono: • “Wprowadzenie na teren Stanów Zjednoczonychpatogenów wywołujących takie choroby jak pryszczyca, ksiegosusz, afrykański pomór świń (ASF), rdza sojowa, mączniak rzekomy kukurydzy, rak ziemniaka izielenienie cytrusówdoprowadziłoby do poważnych strat ekonomicznych.”

19. 18. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(ii) • Ataki terrorystyczne przeciw ludności: • W 2004 w raporcie CRS (Congressional Research Service)zawarto ostrzeżenia, aby nie czerpać bezpośrednich analogii z programów stanowych: • “ środki biologiczne i chemiczne, które uważano za wysoce niebezpieczne, dziś wydają się być mniejszym zagrożeniem z perspektywy ataku na małą skalę.W przeciwieństwie do nich, środki biologiczne i chemiczne traktowane jako mniej groźne w kontekście masowych ataków, obecnie mogą być klasyfikowane jako bardziej niebezpieczne, gdyż w atakach na niewielką skalę mogą znikać bariery istniejące przy ataku masowym.”

20. 19. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(iii) • W raporcie Światowej Organizacji Zdrowia z 1970 rozważano szereg możliwości użycia broni masowej zagłady: • Śmiertelnej lub obezwładniającej, odpornej na antybiotyki broni biologicznej, nie wywołującej zachorowań wtórnych (tularemia) • Śmiertelnej lub obezwładniającej wrażliwej na antybiotyki broni biologicznej, wywołującej wtórne zachorowania (dżuma płucna) • Zanieczyszczenie zbiorników wodnychtyfusem lub toksyną botulinową typu A.

21. 20. Inne rodzaje ataków z użyciem broni biologicznej(iv) • 1 kg liofilizowanej kultury tyfusu użyto do skażenia zbiorników wodnych zaopatrujących zamieszkałe przez 1 milion mieszkańców miasto rozwijającego się kraju. Był to atak niespodziewany, więc władze nie podjęły wcześniej żadnych działań prewencyjnych. • Szacowana konsumpcja wody wynosi 2 litry na osobę, w rezultacie do 125,000 ludzi dociera 100,000 mikroorganizmów i wielu z nich zapada na chorobę • Jeżeli miasto nie dysponuje odpowiednim wyposażeniem w wyniku ataku śmierć może ponieść około 4,500 mieszkańców

22. Sample Questions 1. Critically evaluate the military-significant features of: Plague, Influenza, Tularaemia, Botulinum Toxin and Q Fever. 2. What are the structural difficulties that make a large scale antipersonnel biological attack rather unlikely at this time? 3. Discuss some of the calculations in the open literature that suggest that under certain conditions biological weapons could be used as Weapons of Mass Destruction (WMD). 4. Anti-agriculture is the most likely form of very successful bioterrorism today. Discuss.

23. References (Slide 1) Dando, M.R. (1994) Biological Warfare in the 21st Century: Biotechnology and the Proliferation of Biological Weapons. Brassey’s, London (Slide 6) United Nations (1969) Chemical and bacteriological (biological) weapons and the effects of their possible use: report of the Secretary-General. A/7575/Rev.1, S/ 9292/Rev.1, New York, United Nations. Available from http://unbisnet.un.org/

24. (Slide 7) Robinson, J. P., Hedén, Carl-Göran., and von Schreeb, H. (1973) The Problem of Chemical and Biological Warfare: CB Weapons Today. Vol. II. Stockholm: Almqvist & Wiksell. Available from http://books.sipri.org/index_html?c_category_id=58 (Slide 8) Fetter, S. (1991). ‘Ballistic Missiles and Weapons of Mass Destruction: What is the Threat? What should be Done?’, International Security 16(1): 5-42. Available from http://www.mitpressjournals.org/is (Slide 9-11) U.S. Congress, Office of Technology Assessment. (1993). Proliferation of Weapons of Mass Destruction: Assessing the Risks (Document No. OTA-ISC-559). Washington, DC: U.S. Government Printing Office.

25. (Slide 13) Office of Technology Assessment. (1993). Technologies underlying Weapons of Mass Destruction (Document No. OTA-BP-ISC-115). Washington, DC: U.S. Government Printing Office (Slide 14 and 16) Bartlett, T. B. (1996) The Arms Control Challenge: Science and Technology Dimension, Paper presented at the NATO Advanced Research Workshop, The Technology of Biological Arms Control and Disarmament Budapest, 28-30 March. (Slide 17) Wheelis, M. Madden, L.V. and Cassagrande, R. (2002) Biological Attacks on Agriculture: Low Tech, High Impact Bioterrorism. Bio-Science, 52, 569-76. Available from http://www.accessmylibrary.com/comsite5/bin/aml2006_library_auth_tt.pl?item_id=0286-25690504

26. (Slide 18) Shea, D. A., and Gottron, F. (2004) Small-scale Terrorist Attacks Using Chemical and Biological Agents: An Assessment Framework and Preliminary Comparisons, CRS Report for Congress [Online] FAS [accessed 27 January 2009] available from http://www.fas.org/irp/crs/RL32391.pdf (Slide 19) World Health Organization (1970) Health Aspects of Chemical and Biological Weapons, Geneva: WHO. Available from http://www.who.int/csr/delibepidemics/biochem1stenglish/en/index.html