Informacija

Organizmi kao potencijalno biološko oružje?

Organizmi kao potencijalno biološko oružje?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Pitanje:

S obzirom na to da genetskim inženjeringom možemo prilagoditi organizme kao biološko oružje. Koje vrste imaju najveći zabrinjavajući potencijal da budu naoružane za masovno uništenje?

Pozadina:

Biološki rat - je korištenje bioloških toksina ili infektivnih agenasa kao što su bakterije, virusi i gljive s namjerom da se ubiju ili onesposobe ljudi, životinje ili biljke kao ratni čin.

primjeri:

Npr. vrste biološkog oružja: Gljivica antraksa - prvi put je testiran kao biološko ratno sredstvo od strane jedinice 731 japanske Kwantung vojske u Mandžuriji tijekom 1930-ih; neka od ovih testiranja uključivala su namjernu infekciju ratnih zarobljenika, od kojih su tisuće umrle. Antraks, u to vrijeme označen kao agent N, također su istraživali Saveznici 1940-ih.

Npr. vektor biološkog oružja: Anopheles labranchiae (malarični komarac) - Prema profesoru Franku Snowdenu, profesoru povijesti na Sveučilištu Yale, čija se knjiga Osvajanje malarije u Italiji oslanja na američke arhive i dnevnici talijanskih vojnika, shemu je u jesen 1943. orkestrirao Erich Martini, medicinski entomolog, nacist. Član stranke i prijatelj SS zapovjednika Heinricha Himmlera.


Postoji i skup "popisa" agenata, ali što je još važnije, skup svojstava koja organizam mora imati da bi bio istinski zabrinjavajući.

Prvo, popis:

CDC razvrstava agente u jednu od tri kategorije, klasu A, B ili C.

Klasa A: To su organizmi koje je teško kontrolirati, vrlo su prenosivi i smrtonosni:

Antraks (Bacillus anthracis) Botulizam (Clostridium botulinum toksin) Kuga (Yersinia pestis) Velike boginje (variola major) Tularemija (Francisella tularensis) Virusne hemoragijske groznice (filovirusi [npr. Ebola, Marburgessa] i arenavirusi.)

Klasa B: To su organizmi koje je prilično lako širiti, od kojih ljudi obolijevaju, ali ne moraju nužno imati visoku stopu smrtnosti, a možda ih je teško otkriti.

Bruceloza (vrsta Brucella) Epsilon toksin Clostridium perfringens Prijetnje sigurnosti hrane (npr. vrste Salmonella, Escherichia coli O157:H7, Shigella) Žlijezda (Burkholderia mallei) Melioidoza (Burkholderia pseudomallei) Melioidoza (Burkholderia pseudomallei) iz Ricinus communis (zrna ricinusa) Stafilokokni enterotoksin B Tifusna groznica (Rickettsia prowazekii) Virusni encefalitis (alfavirusi [npr. venezuelanski encefalitis konja, istočni konjski encefalitis, zapadni konjski encefalitis, zapadni konjski encefalitis, opasnost od vodenog trbušnjaka)

I konačno, klasa C, koje su nove prijetnje koje mogu biti opasne ako su projektirane uglavnom zbog svoje novosti i njihove potencijalne smrtonosnosti/prenosivosti. CDC koristi primjere kao što su Nipah virus i hantavirus.

Dakle, to je popis onoga što CDC misli da je velika stvar. Primijetit ćete da gripe uopće nema. Tvrdio bih da bilo koji novi soj gripe pripada klasi C, a vjerojatno ne klasi A jer, iako je potencijalno i prenosivo i virulentno, poznato cjepivo postoji i jednostavno ga treba formulirati.

U pogledu svojstava za organizam, predlažem sljedeće, bez posebnog redoslijeda (vjerojatno ovisi o tome što navedeni organizam treba činiti):

  • Visoko virulentna: Bolest mora biti sposobna uzrokovati bolesti kod ljudi, s visokim stopama i morbiditeta i smrtnosti.
  • Visoko prenosiva: Osim ako cilj nije izazvati "jednokratni" incident, bolest mora biti u stanju uspostaviti produktivni lanac infekcija s čovjeka na čovjeka. Ljudi ne mogu biti domaćini u slijepoj ulici. U idealnom slučaju, ovo mora biti izravan prijenos s čovjeka na čovjeka, a ne kao vektorska bolest poput Zapadnog Nila.
  • Stabilan i pogodan za inženjering. To mora biti nešto što je lako uzgajati i rasti u velikom broju. Ovaj se često pomalo zanemaruje, ali unatoč činjenici da je sada pomalo uobičajen, bioinženjering nije baš jednostavan.
  • Nije podložna liječenju. Organizam se ne mora lako liječiti - antibiotici širokog spektra, postojeće zalihe cjepiva itd. znače da se normalna javnozdravstvena infrastruktura može riješiti, ili barem ublažiti, napad. Da bi napad bio uistinu učinkovit, mora zatrpati postojeću infrastrukturu, a jedan od načina da se to učini je da zahtijeva intenzivnu, neuobičajenu njegu u bolnicama i neuobičajenu akciju od strane službenika javnog zdravstva.

Bez sumnje gripa. Horizontalni pomak čini ga vrlo virulentnim i samo nekoliko mutacija omogućuje mu prijenos s ptica na sisavce (samo dvije). Vidi ovdje. Postojao je veliki poticaj da se ovi ne objave jer bi ih bilo tako lako napraviti rekombinantno. No, zahvaljujući brzom radu, utvrdili smo da naše cjepivo protiv sezonske gripe štiti od ove varijante.


U ovo bih stavio sve zoonotske viruse. Prošli su barijeru vrsta, novi su u našem imunološkom sustavu i protiv njih nema cjepiva. Gripa je jedan primjer, korona virusi su drugi (SARS ili još noviji MERS). Sa SARS-om smo imali puno sreće da ovo nije završilo većom epidemijom. Dobra knjiga o ovim virusima je knjiga Davida Quammena "Outbreak" (otuda i naslov).


Apstraktnija ideja za vrstu biološkog oružja mogla bi biti ona koja cilja na ključne organizme potrebne za dovršenje dušik ili ugljik ciklus. To bi vjerojatno uzrokovalo kolaps cijele biosfere.


Projektirani patogeni i neprirodno biološko oružje: buduća prijetnja sintetičke biologije

Sažetak: Nedavni razvoj biokemije, genetike i molekularne biologije omogućio je stvaranje živih organizama. Iako ovi razvoji nude učinkovita i učinkovita sredstva za liječenje bolesti, povećanje proizvodnje hrane i poboljšanje kvalitete života mnogih ljudi, državni i nedržavni akteri ih također mogu koristiti za razvoj konstruiranog biološkog oružja. Vrli krug bioinformatike, inženjerskih principa i temeljne biološke znanosti također služi kao začarani krug snižavanjem razine vještine potrebne za proizvodnju oružja. Prijetnja bioinženjerskih agenasa sve je jasnija što je pandemija COVID-19 pokazala ogroman utjecaj koji jedan biološki agens, čak i onaj koji se pojavljuje u prirodi, može imati na društvo. Vjerojatno je da terorističke organizacije pomno prate ovaj razvoj događaja i da se vjerojatnost biološkog napada s projektiranim agensom stalno povećava.

Pandemija COVID-19 pokazala je da značajne biološke prijetnje mogu i da će se pojaviti iz prirode bez upozorenja, pokazujući da jedan virusni soj može imati dubok utjecaj na moderno društvo. Također je pokazalo da se zarazne bolesti mogu brzo širiti populacijom bez ljudskog inženjeringa što ih čini idealnim supstratom za razvoj konstruiranog oružja. Virusi i bakterije se tisućljećima koriste kao oružje. 1 Povijesno gledano, biološko oružje potječeno je iz prirodnih izvora, kao što su antraks od biljojeda i domaćih životinja, te velike boginje od glodavaca. Oni patogeni organizmi za koje je utvrđeno da su prikladni za oružje uzgojeni su izravno iz okoliša, zatim su izolirani, pročišćeni, pohranjeni, razmnoženi, a i korišteni za punjenje biološkog streljiva. 2 Najnoviji primjer toga bila je proizvodnja i skladištenje brojnih agenasa u okviru programa biološkog oružja bivšeg Sovjetskog Saveza. U ovom programu patogeni su odabrani za specifične karakteristike izravno iz prirodnog okoliša, razmnoženi i pohranjeni za kasniju upotrebu. 3 Iako su ovi patogeni evoluirali u prirodi s ciljem opstanka, nisu optimizirani za održavanje, skladištenje i korištenje u vojnom okruženju. Slijedom toga, iako državni ili nedržavni akteri nisu široko koristili biološka sredstva kao strateško ili taktičko oružje, postoje neki primjeri njihove uporabe u sukobima. Najznačajniji od njih je dobro dokumentirana upotreba sirovih bakterioloških sredstava od strane japanske vojske protiv Kine tijekom Drugog svjetskog rata. 4

Nedavno je konvergencija napretka računalne znanosti, inženjerstva, biološke znanosti i kemije omogućila projektiranje živih sustava kako bi se optimizirao rast i povećala patogenost (sklonost izazivanju bolesti). Ovaj interdisciplinarni pristup pružanju nove biološke funkcionalnosti imao je pozitivan utjecaj na biotehnološku i biofarmaceutsku industriju. U isto vrijeme, ove projektirane bakterije i virusi mogu se kooptirati u ratne svrhe. Doista, upotreba dizajnerskog biološkog oružja teoretski bi državnom ili nedržavnom akteru mogla dati asimetričnu prednost u odnosu na protivnika koji favorizira konvencionalno oružje.

Sintetička biologija (SynBio) je znanstvena disciplina koja obuhvaća sve aspekte inženjerstva bioloških sustava. 5 Počevši od otkrića kemijske strukture DNA b 1950-ih, SynBio alati kao što su tehnologija rekombinantne DNA c i alati za uređivanje genoma d razvijali su se brzim tempom kako su otkriveni temeljni molekularni mehanizmi na kojima se temelji biologija. Ovi SynBio alati snižavaju prag obrazovanja, obuke, troškova, vremena i opreme potreban za modificiranje i korištenje patogenih organizama kao biološkog oružja. Asimetrična prijetnja koju predstavlja biološko oružje nastavit će se povećavati kako se razvijaju novi alati i tehnike te kako terorističke organizacije postanu svjesne i inspirirane gospodarskim, emocionalnim i destabilizirajućim utjecajima na vladu uzrokovanim pandemijom COVID-19 u cijelom društvu. e Doista, može se tvrditi da se ukupnim troškovima ove pandemije – uključujući gubitak života i stres za gospodarstvo – može mjeriti samo postavljanje atomske bombe. Stoga razvoj u SynBio-u treba kontinuirano pratiti i ponovno procjenjivati ​​u kontekstu tehnoloških promjena i njegove sposobnosti da promijeni geopolitičku paradigmu. U ovom članku autori opisuju kako ih modularna priroda bioloških sustava čini podložnim inženjeringu, nedavni napredak u sintetičkoj biologiji, utjecaj sintetičke biologije na krajolik prijetnji i potencijalne političke odgovore na sazrijevanje biotehnologije općenito, i posebno sintetičku biologiju. Ovaj je članak razvijen korištenjem primarnih i sekundarnih izvora literature nedavno objavljenih u recenziranim znanstvenim radovima.

Inherentna modularnost bioloških sustava
Modularnost je neophodna za svrhovito inženjerstvo bioloških sustava za stvaranje oružja. Općenito, modularnost se odnosi na mogućnost zamjene ili ažuriranja dijela opreme. Na primjer, skup izmjenjivih dijelova je ono što pojedincu omogućuje modificiranje ili optimizaciju složenog dijela opreme, kao što je kućno računalo ili automobil. Genetski materijal (DNA ili RNA) svakog organizma sadrži sve informacije potrebne za njegovo pravilno funkcioniranje i sastoji se od mnogih modularnih komponenti. Specifični geni mogu se ukloniti iz jednog patogena i umetnuti u drugi kao sredstvo za promjenu aktivnosti primatelja. 6 Ova modularnost omogućuje mjeru predvidljivosti učinaka na složenu mrežu gena kada se koriste metode molekularnog inženjeringa za umetanje stranog gena u genom domaćina. Na primjer, modularna priroda nepatogenog cjepivog soja genoma poliovirusa je ono što mu omogućuje da dobije gene patogenosti od drugih virusa i vrati se u patogeno stanje (horizontalni prijenos gena). 7 Pretpostavlja se da je molekularna modularnost evoluirala kao prirodni genomski alat, omogućujući biološkim sustavima da se brzo prilagode promjenjivim uvjetima okoliša. 8 Dok se proces stjecanja patogenosti virusa odvija prirodno kroz horizontalni prijenos gena sve dok postoje ti biološki agensi, upotreba SynBio alata za molekularno inženjerstvo pruža put do svrhovitih i preciznih promjena u genomima u brzim vremenskim razmacima koji nisu pronađeni u priroda. Modularni geni se mogu miješati i upariti kako bi se povećala brzina kojom se organizmi mogu razvijati i prilagođavati, proizvodeći vrstu funkcionalnosti koja se zahtijeva za dano okruženje i pružajući organizmu selektivnu prednost u odnosu na konkurente. Trenutno se radi na identifikaciji minimalnog genoma potrebnog za preživljavanje najjednostavnijeg soja bakterija. 9 Nakon što se utvrdi koji su geni nužni za preživljavanje i reproducibilnost u bakterijama, možda će biti moguće zamijeniti neesencijalne gene za gene koji daju bilo koji broj željenih karakteristika. Povećano razumijevanje modularnosti bioloških sustava utjecat će na područja biosigurnosti i vojne medicine pružanjem "molekularnog alata" koji se može koristiti u miroljubive svrhe ili od strane protivnika za dizajniranje i proizvodnju bioloških agenasa.

Sintetička biologija omogućuje dizajn i razvoj biološkog oružja
Godine 1997. tim uspješnih znanstvenika unutar grupe poznate kao JASON f grupa sastao se kako bi razgovarali o budućnosti biološkog ratovanja. 10 Identificirali su šest novih bioloških prijetnji koje su morali pratiti vojni planeri i stratezi: (1) razvoj binarnog oružja, g (2) izgradnja dizajnerskih gena, (3) korištenje genske terapije kao oružja, ( 4) razvoj virusa koji izbjegavaju imunološki odgovor domaćina, (5) korištenje virusa koji se mogu kretati između insekata, životinja i ljudi i (6) razvoj dizajnerskih bolesti. Te su prijetnje nekoć smatrane futurističkim i spekulativnim. Napredak u SynBio tehnikama, međutim, premjestio je mnoge od ovih predviđenih nepredviđenih situacija iz područja spekulacija u područje stvarnosti. Kako tehnike molekularnog inženjeringa sintetskog biologa postaju robusnije i raširenije, vjerojatnost susreta s jednom ili više ovih prijetnji približava se izvjesnosti.

Opseg i utjecaj SynBio-a na buduće sukobe između država i terorističko nasilje povećavat će se kako alati i tehnike ove discipline budu sazrijevali i širili se u znanstvenoj zajednici, kao i među građanima-znanstvenicima početnicima u do- sami biološki laboratoriji koji su se posljednjih godina pojavili diljem svijeta. 11 Sposobnost proizvodnje posebno dizajniranih bakterijskih i virusnih patogena povećat će sposobnost neprijateljskih državnih i nedržavnih aktera da razviju i razmjeste relativno jeftino i učinkovito biološko oružje. Osim toga, neka od ovih oružja vjerojatno će biti konstruirana s povećanom patogenošću, stabilnošću okoliša, h i sposobnošću da izdrže udare brzih promjena temperature i tlaka koji mogu pratiti isporuku eksplozivne bojeve glave. U nastavku je nekoliko značajnih primjera iz 21. stoljeća u kojima su znanstvenici koristili nove SynBio tehnike kako bi ponovno otkrili ili rekreirali patogene mikroorganizme.

Godine 2002. znanstvenici sa State University of New York u Stony Brooku kemijski su sintetizirali kompletan genom poliovirusa, naglašavajući transformacijski potencijal SynBio. 12 Iako su ovaj napor tijekom godina u dobro opremljenim laboratorijima postigli iskusni profesionalni znanstvenici, priručnik je sada besplatno dostupan, a golemi napredak u tehnikama molekularnog inženjeringa od tada samo je smanjio složenost ovog nekada monumentalnog napora. Nakon ovog postignuća uslijedila je prva kemijska sinteza mnogo većeg bakterijskog genoma 2008. i razvoj potpuno sintetičke stanice 2010. 13 Korištenje SynBio alata dalo je znanstvenicima mogućnost namjernog seciranja inherentno složenog niza spojenih kemikalija. reakcije koje čine temeljni stanični metabolizam. Ove mreže reakcija mogu se konstruirati pomoću modularnih gena i molekularnih alata za poboljšanje sintetički proizvedenih organizama sa željenim biokemijskim svojstvima. 14 Značajno je da kombiniranjem standardnih molekularnih i staničnih laboratorijskih tehnika sa staničnim selekcijskim (ili evolucijskim) strategijama, koje svakodnevno postižu srednjoškolci i studenti na satovima biologije i istraživačkim natjecanjima diljem svijeta, dolazi do detaljnog poznavanja prirode svake kemijske reakcije. nije potrebno za postizanje željenog ishoda za konstruirani biološki agens. 15

Godine 2005. grupa istraživača iz američkih centara za kontrolu bolesti (CDC), Medicinskog fakulteta Mount Sinai, Instituta za patologiju oružanih snaga i Southeast Poultry Research Laboratory rekonstruirala je virus pandemije gripe iz 1918. godine. Ovo je bio posebno upečatljiv primjer kako se modularna priroda virusnog genoma može koristiti za proizvodnju patogena. 16 Rekonstrukcija je izvedena tako da se prvo određuju genomske kodirajuće sekvence virusa iz uzoraka plućnog tkiva dobivenih od žrtava pandemije koje su sačuvane u permafrostu. 17 Relevantne DNA sekvence su zatim umetnute u skup kružnih DNA lanaca poznatih kao plazmidi, koji su kasnije korišteni za inficiranje ljudskih stanica bubrega domaćina. Kao što je predviđeno, potpuno funkcionalne i replikativne virusne čestice izašle su iz stanica bubrega. Patogenost rekonstruiranog virusa procijenjena je kod miševa, tvorova i neljudskih primata, te je utvrđeno da je soj gripe iz 1918. bio znatno smrtonosniji od modernih sojeva. 18 Prouzročio je teško oštećenje pluća, potaknuo je aberantni imunološki odgovor i doveo do razvoja visokih virusnih titara (razina virusa) u gornjim i donjim dišnim putevima. 19 Postupak rekonstrukcije proveden je u standardnom laboratoriju za molekularnu biologiju, a svi materijali potrebni za izgradnju ove virusne čestice prisutni su u mnogim sveučilišnim biološkim laboratorijima. Metode koje su korištene nisu izvan mogućnosti talentiranog amatera, a samim time ni mogućnosti posvećene, dobro opremljene terorističke organizacije. 20

Nedavno, 2016., mala kanadska istraživačka skupina bila je uspješna u izradi virusa zaraznih kozica izravno iz genetskih informacija dobivenih isključivo iz javne baze podataka za relativno skromnu svotu od 100.000 dolara u američkoj valuti. 21 Konjske boginje su genetski različiti srodnici sada iznimno rijetkog virusa velikih boginja. Velike boginje su nekoć bile pandemijska bolest za koju se strahovao i koja je ili trajno unakazila ili okončala živote milijuna ljudi diljem svijeta. Iste tehnike koje se koriste za izradu boginja lako se mogu prilagoditi za izradu velikih boginja uz minimalno ulaganje vremena i novca. SynBio je stoga stavio mogućnost ponovnog stvaranja nekih od najsmrtonosnijih zaraznih bolesti poznatih u dosegu terorista kojeg sponzorira država i talentiranog nedržavnog glumca.

Međunarodno natjecanje Genetically Engineered Machine (iGEM) pruža još jedan upečatljiv primjer lakoće s kojom se genetski inženjering može svladati na preddiplomskom studiju. 22 Natjecanje iGEM pokrenula je skupina istraživača koji nisu biolozi s Massachusetts Institute of Technology (MIT) koji su željeli razviti i koristiti alate za sintetičku biologiju slične načinu na koji elektroinženjeri koriste matičnu ploču i i skup izmjenjivih i skalabilnih dijelova kao što su otpornici i kondenzatori. Ovi znanstvenici i inženjeri željeli su razviti sustav jednostavan za korištenje za genetski inženjering bakterija zamjenom genetskih dijelova kako bi stvorili jedinstvene gene i skupove gena koji proizvode nove i korisne proteine ​​i prisilili organizme da izvršavaju zadatke koje inače ne bi ostvarili. . U svojoj srži, iGEM natjecanje je dogovoreni skup tehnika molekularnog inženjeringa i velika biblioteka dijelova DNK kojima konkurenti pristupaju u svojoj ponudi za stvaranje novih staničnih alata, bioloških sklopova i genskih proizvoda. Kako je natjecanje tijekom godina napredovalo, sudionici su iskoristili novonastale alate SynBio kako bi poboljšali složenost svojih dizajna. Danas se sofisticiranost istraživačkih projekata srednjoškolaca i studenata dodiplomskog studija podudara s onom mnogih visokoobrazovanih kadrova koji su radili u naprednim laboratorijima prije manje od deset godina. Iako se tvrdi da mladi studenti natjecatelji pod vodstvom odgovornog glavnog istraživača nisu uistinu neovisni, 23 važno je napomenuti da iGEM natjecanje ima labav zahtjev za minimalnu dob, 24 tako da srednjoškolci nemaju iskustva s laboratorijskim postupcima i imati samo slabo razumijevanje biologije na početku natjecanja. Ipak, do trenutka kada ovi studenti brane svoj rad na Jamboreeju (međunarodni sajam znanosti koji se održava svake jeseni), ili su postigli potpuno razumijevanje rada ili su loše ocijenjeni. iGEM ​​je pomogao demokratizirati znanost i inženjering bioloških sustava za dobrobit čovječanstva. Organizacija je posvetila značajne resurse biološkoj sigurnosti, bioetici i biosigurnosnim naporima 25 crpeći iz stručnosti lidera u akademskoj zajednici i industriji. Čelnici obrane moraju uzeti u obzir širenje ovih informacija jer i državni i nedržavni akteri s podlim namjerama mogu imati koristi od dobrog rada ovih mladih znanstvenika.

Studija slučaja o dvojnoj namjeni ovih aktivnosti može se pronaći u pobjedničkom projektu 2017. Tim iz Litve stvorio je alat za poboljšanje stope nasljeđivanja genetski promijenjenih sekvenci kroz generacije mikroba. Iako bi ovaj alat s vremenom mogao koristiti tisuće istraživača u miroljubive svrhe, postoji mogućnost da bi se mogao iskoristiti za razvoj konstruiranog biološkog oružja brzom promjenom genoma početnog materijala. Litvanski tim bio je samo jedan od 295 timova koji su se natjecali te godine. Bilo ih je 125 iz Azije, 84 iz Sjeverne Amerike, 74 iz Europe, 10 iz Latinske Amerike i dva iz Afrike. Ovo natjecanje i te tehnologije uistinu su globalne prirode, i iako su namijenjene za miroljubive i obostrano korisne svrhe, stvorenom znanošću i alatima mogu manipulirati oni koji imaju loše namjere. 26

Elektronički mikroskop X150000, virus Variola (variole) (BSIP/UIG preko Getty Images)

Utjecaj sintetičke biologije na krajolik prijetnji
Krajolik prijetnji neprestano se razvija kako se postiže napredak u materijalima, računskoj snazi ​​i brzini te bioinženjeringu virusa i stanica. Iako postoje izazovi za naoružavanje biološkog sustava, uključujući borbu s analognom prirodom biologije, prednosti biološkog oružja u usporedbi s oslanjanjem na konvencionalne eksplozive ili nuklearno oružje uključuju njihova svojstva samogeneriranja i lakoću stvaranja binarnog oružja koje omogućuje sigurnu proizvodnju. i montaža. 27 Dakle, moguće je da nesofisticirani protivnik dizajnira biološko oružje s povećanom virulentnošću i infektivnošću. Kao što je već napomenuto, jedan od izazova za naoružavanje biološkog sustava je analogna priroda većine metaboličkih sklopova (u usporedbi s digitalnim signalima koji upravljaju velikim dijelom elektroničkog svijeta). Daljnji izazovi su prisutnost značajne buke u normalnom radu i odgovoru ovih biokemijskih krugova i poteškoće u optimizaciji sintetskih putova uz zadržavanje održivosti i reproduktivnosti živog sustava. 28 Međutim, korištenje tehnika prirodne selekcije u laboratoriju isključuje potrebu za detaljnim racionalnim dizajnom tako da znanstvenik amater član terorističke organizacije može jednostavno koristiti SynBio tehnike za veliki broj stanica i odabrati one koje imaju željeni učinak.

Stanice su temeljna jedinica života koja sadrži svu molekularnu arhitekturu potrebnu za uključivanje u metabolizam (prijenos energije), rast, prilagodbu svom okruženju, reagiranje na podražaje, reprodukciju i razvoj. Pod pravim uvjetima, stanice će se obnoviti i povećati njihov broj ako postoji dovoljno hrane i prostora. Znanstvenik koji je konstruirao stanicu s novim svojstvima može nastaviti proizvoditi taj sustav jednostavnim hranjenjem stanica, čišćenjem otpadnih proizvoda i prikupljanjem stanica po želji. Sustavi temeljeni na stanicama razvili su se zajedno s virusima koji ciljaju na vrlo specifične tipove stanica koristeći receptorske proteine ​​nalik na ključ i na virusu i na stanici. Dok se virusi oslanjaju na stanice za reprodukciju, standardna je laboratorijska praksa proizvesti značajne količine virusa koristeći njihove srodne stanice [stanice koje su virusi preuzeli] kao domaćine. Za razliku od konvencionalnog oružja, razvoj biološkog oružja zahtijeva sav rad unaprijed, a zatim će se sustav reproducirati i opskrbiti lošeg aktera oružjem sve dok se održava okruženje koje dozvoljava rast.

SynBio također olakšava razvoj binarnog biološkog oružja. Iako su dizajn i proizvodnja binarnog biološkog oružja možda bili teški u prošlosti, sposobnost projektiranja i 'podizanja' cijelih genoma revolucionirala je proces. Uz moderne alate za sintetičku biologiju, student preddiplomskog studija mogao bi zamisliti inženjering i proizvesti dva srodna, nesmrtonosna virusa koji su pojedinačno bezopasni. Međutim, nakon infekcije domaćina s dva virusa, miješanje dvaju sojeva omogućuje potpunu obnovu i proizvodnju visoko infektivnih, patogenih virusa. Važno je da je takvo genetsko miješanje također dokumentirano u prirodi gdje se dva ili više nepatogenih sojeva cjepiva protiv poliovirusa mogu rekombinirati da bi formirali patogene rekombinante. 29 Stoga nije teško zamisliti nedržavnog aktera koji razvija binarno oružje koje se sastoji od komponenti koje su odvojeno pohranjene radi sigurnosti u transportu, a zatim spojene u biološko streljivo prije isporuke.

Napredak u SynBio nije se dogodio izolirano. Povećanje razumijevanja bioloških sustava i razvoj alata molekularne biologije koji su se dogodili u kasnom 20. i početkom 21. stoljeća bili su paralelni s razmjernim razvojem automatizacije, inženjerstva, računalne znanosti i informacijske tehnologije. Konkretno, jednostavnost povećanja proizvodnje bakterija i virusa eksponencijalno se povećala u posljednjih nekoliko desetljeća zbog dostupnosti jeftinih instrumenata za rast ili kulturu biološkog materijala i razvoja standardiziranih reagensa kao što su mediji za rast bakterija od strane komercijalnih laboratorija. 30 Nekada u djelokrugu znanstvenika s doktoratom mikrobiologije, genetski inženjering se svakodnevno prakticira u srednjim školama i fakultetima diljem svijeta. Upute ili protokoli za ove procese su besplatno dostupni na internetu i u udžbenicima za mikrobiologiju i stanične biologije. Mnoge poteškoće s kojima su se suočavali rani mikrobiolozi i stanični biolozi u uzgoju mikroorganizama doista su se smanjili, mnogi programi napredne biologije u srednjim školama diljem Sjedinjenih Država uključuju blokove instrukcija o uzgoju i inženjerstvu Escherichia coli (E coli) i druge benigne vrste bakterija. 31 Neki autori tvrde da vještine i sposobnosti razvijene tijekom karijere u biološkim znanostima nisu dostupne amaterima i da to može spriječiti raširenu upotrebu sintetičke biologije za razvoj biološkog oružja. 32 Iako ovaj argument može biti istinit za neke od složenijih tehnika u biokemiji i molekularnoj biologiji, tehnike koje se koriste za razmnožavanje bakterija i virusa te za rezanje i lijepljenje genetskih sekvenci iz jednog organizma u drugi približavaju se razini vještine potrebne za korištenje kuharica ili kućno računalo. Za detaljan opis biokemije, genetike i fiziologije pekarskog kvasca bilo bi potrebno ogromno znanje, ali svatko s kuharicom, brašnom, kvascem i šećerom može peći kruh. Slično tome, razumijevanje algoritama potrebnih za manipuliranje slikama na zaslonu računala zahtijeva stručno znanje, ali svatko može pokazivati ​​na ikonu mišem da je otvori. Kako se tehnologija povećava i širi, oni s jednostavnim kućnim laboratorijskim sustavom možda će moći manipulirati bakterijskim i virusnim genima bez stručne obuke ili godina iskustva.

Odgovori politike na potencijalne prijetnje koje predstavlja sintetička biologija
Učinkovit odgovor na prijetnje koje predstavljaju oni koji koriste sintetičku biologiju u zle svrhe zahtijevat će oprez od strane vojnih planera, razvoj učinkovitih medicinskih protumjera j od strane istraživačke zajednice, te razvoj dijagnostičkih i karakterizacijskih tehnologija koje mogu razlikovati prirodne i projektirani patogeni. Studija o suzbijanju proliferacije biološkog ratovanja iz 2002. identificirala je šest ključnih temeljnih bioloških istraživačkih područja koja treba naglasiti kako bi se zaštitili od prijetnje: imunologija ljudske genomike i razvoj metoda za jačanje imunološkog odgovora, bakterijska i virusna genomika, razvoj bakterijskih i virusnih testova k razvoj cjepiva i razvoj novih antivirusnih sredstava i antibiotika. 33 Potrebno je kontinuirano istraživanje i obrazovanje unutar Ministarstva obrane kako bi se razvila i održala stručnost u svakom od ovih područja.

Brza dostupnost iskusnog civilnog i vojnog osoblja preduvjet je za učinkovit odgovor na incidente. Stoga treba naglasiti i financirati obuku i obrazovanje u SynBio, biološkom inženjerstvu i srodnim disciplinama. Mnoge organizacije već postoje kako bi se suočile s prijetnjom prirodnog, umjetnog i naoružanog biološkog materijala. Te organizacije uključuju Agenciju za smanjenje prijetnje u obrambenoj industriji (DTRA), Kemijski i biološki centar (CBC) u Edgewoodu, Maryland, Agenciju za napredne obrambene projekte (DARPA), Biomedicinsko napredno istraživanje i razvoj (BARDA), Nacionalni institut za zdravlje (NIH) Centar za kontrolu bolesti (CDC) i Služba za poljoprivredna istraživanja Sjedinjenih Država (USDA-ARS) u Sjedinjenim Državama. Svjetska zdravstvena organizacija (WHO), specijalizirana organizacija unutar Ujedinjenih naroda, te nekoliko istraživačkih i odgovornih organizacija u drugim zemljama povijesno su služile sličnim svrhama. Svaki od ovih entiteta bavi se sustavima ukorijenjenim u prirodnom svijetu, i dok neke organizacije ograničavaju svoj fokus na prirodne prijetnje, svi se bave – na ovaj ili onaj način – s izvanrednim tempom razvoja tehnologije jedinstvenom za biomedicinsku zajednicu. Svaki napredak u biomedicini ima dvostruku namjenu, pa je na onima koji imaju privilegiju raditi u znanstvenom polju da predvide načine na koje bi se te tehnologije mogle koristiti u zle svrhe i razviti tehnologije i sustave potrebne da potkopaju napore tih koji bi te jedinstvene biološke entitete mogli koristiti kao oružje.

Zaključak
SynBio je tehnologija koja se brzo razvija i širi. Široka dostupnost protokola, postupaka i tehnika potrebnih za proizvodnju i modificiranje živih organizama u kombinaciji s eksponencijalnim povećanjem dostupnosti genetskih podataka dovodi do revolucije u znanosti koja utječe na krajolik prijetnji kojemu se može suprotstaviti samo razvoj atomska bomba. Kako se tehnologija poboljšava, razina obrazovanja i vještina potrebnih za izradu bioloških agenasa opada. Dok su samo državni akteri povijesno imali resurse za razvoj i korištenje biološkog oružja, SynBio mijenja paradigmu prijetnji. Gospodarski i društveni učinak COVID-19 istaknuo je široke i trajne učinke koji mogu proizaći iz širenja novog biološkog agensa. Ovo kolektivno iskustvo povećalo je mogućnost da će terorističke organizacije pokušati upotrijebiti biološke agense za asimetrični napad na Sjedinjene Države i njihove saveznike. Ovu mogućnost treba predvidjeti i planirati na svim razinama vlasti. CTC

Dr. J. Kenneth Wickiser je profesor biokemije i pomoćni dekan za istraživanje na Vojnoj akademiji Sjedinjenih Država (USMA) i ima veliko iskustvo u radu na projektiranim i prirodnim genetskim prekidačima u bakterijama i biomarkerima u kliničkim studijama na ljudima. Doktorirao je molekularnu biofiziku i biokemiju na Sveučilištu Yale i završio postdoktorsko istraživačko usavršavanje na Sveučilištu Rockefeller u Laboratoriju za molekularnu neuro-onkologiju.

Dr. Kevin J. O’Donovan izvanredni je profesor na Odjelu za kemiju i znanost o životu na USMA sa ekspertizom u neuralnom razvoju i regeneraciji aksona. Stekao je doktorat iz neuroznanosti na Sveučilištu Johns Hopkins, postdoktorski rad na Sveučilištu Rockefeller i bio je profesor na Burke Neurološkom institutu prije nego što se preselio na USMA.

LTC Michael Washington trenutno služi kao docent na Odjelu za kemiju i znanost o životu na USMA. Doktorirao je nove zarazne bolesti s naglaskom na imunologiju na Sveučilištu Uniformed Services University of Health Sciences.

MAJ Stephen Hummel trenutno je doktorand na Odsjeku za biologiju na Boston Collegeu. Prije je služio u Iraku i Afganistanu i kao časnik za planove za CBRN USAREUR, docent na Odjelu za kemiju i znanost o životu na USMA-i, časnik za nuklearne operacije u timu za nuklearno onesposobljavanje, a nedavno kao zamjenik, Zapovjednik inicijativa Grupa u 20. zapovjedništvu CBRNE.

COL F. John Burpo trenutno služi kao voditelj Odjela za kemiju i znanost o životu na USMA. Kao topnički časnik služio je u zračno-desantnim, oklopnim i Stryker jedinicama s humanitarnim, mirovnim i borbenim operativnim razmještajima. Također je obnašao dužnost zamjenika zapovjednika-transformacije za 20. zapovjedništvo CBRNE-a. Ima sc.D. diplomirao bioinženjering na Massachusetts Institute of Technology.

Stavovi izraženi u ovom članku su stavovi autora i ne odražavaju nužno stavove Centra za borbu protiv terorizma, Vojne akademije Sjedinjenih Država, Ministarstva obrane ili Vlade SAD-a.

© 2020 J. Kenneth Wickiser, Kevin J. O’Donovan, Michael Washington, Stephen Hummel, F. John Burpo

Bitne bilješke
[a] Razmnožavanje bakterija znači osigurati hranjive tvari kako bi se bakterije mogle razmnožavati i održavati kao održivi entitet.

[b] Deoksiribonukleinska kiselina (DNK) je genetski materijal u svim živim organizmima, dok RNA može poslužiti kao genetski materijal za neke viruse.

[c] Tehnologija rekombinantne DNA odnosi se na široko korištene tehnike za manipuliranje segmentima DNA i, u tom procesu, modificiranje gena i organizama.

[d] Alati za uređivanje genoma odnose se na nekoliko sada široko korištenih alata za enzime—npr. TALEN (efektorska nukleaza slična aktivatoru transkripcije) i CRISPR (skupljena kratka palindromska ponavljanja s redovitim razmacima)—za preciznu modifikaciju virusnih, bakterijskih i eukariotskih genoma kako bi se postigli željeni rezultat.

[e] Juan Zarate, koji je bio zamjenik savjetnika za nacionalnu sigurnost za borbu protiv terorizma od 2005. do 2009., nedavno je u ovoj publikaciji primijetio da će “ozbiljnost i ekstremni poremećaji novog koronavirusa vjerojatno potaknuti maštu najkreativnijih i najopasnijih skupina i pojedinci da preispitaju bioterorističke napade.” Paul Cruickshank i Don Rassler, "Pogled iz CT Foxhole: Virtualni okrugli stol o COVID-19 i borbi protiv terorizma s Audrey Kurth Cronin, general-pukovnikom (u povlačenju) Michaelom Nagatom, Magnusom Ranstorpom, Ali Soufanom i Juanom Zarateom," CTC Sentinel 13:6 (2020).

[f] Osnovan 1960., JASON je skupina američkih znanstvenika posvećenih izradi izvješća od vrijednosti za američku saveznu vladu. Odnos organizacije s Ministarstvom obrane promijenio se 2019. godine kada je pomoćnik ministra obrane (istraživanje i inženjerstvo) (ASD (R&E)) prekinuo veze s njom. "Ažuriranje: Zakonodavac traži od Pentagona da obnovi ugovor za poznatu Jasonovu znanstveno savjetodavnu grupu," Znanstveni časopis, 11. travnja 2019.

[g] Binarno biološko oružje su organizmi ili biološki proizvodi koji nisu smrtonosni kada su odvojeni i postaju smrtonosni tek kada se odvojene komponente pomiješaju.

[h] Stabilnost okoliša odnosi se na sposobnost patogena da preživi izvan domaćina gdje je izložen UV svjetlu, reaktivnim vrstama kisika i drugim elementima koji bi mogli razgraditi ili uništiti patogen.

[i] Matična ploča je osnovna platforma koja se koristi u dizajnu elektroničkih sklopova po narudžbi. Otpornici, kondenzatori i druge komponente elektrotehnike su priključene na matičnu ploču kako bi se formirao krug za obavljanje željene funkcije.

[j] Prema američkoj vladi, “Medicinske protumjere, ili MCM, su proizvodi regulirani FDA-om (biološki lijekovi, lijekovi, uređaji) koji se mogu koristiti u slučaju potencijalne izvanredne situacije u javnom zdravstvu koja proizlazi iz terorističkog napada s biološkim, kemijski ili radiološki/nuklearni materijal, ili bolest koja se javlja u prirodi.” "Što su medicinske protumjere?" fda.gov, pristupljeno 27. kolovoza 2020.

[k] Razvoj virusnih i bakterijskih testova odnosi se na stvaranje novih metoda za brzo otkrivanje i identifikaciju virusnih i bakterijskih patogena.


Biološki otrovi kao potencijalni alati za bioterorizam

Biološki toksini su heterogena skupina koju proizvode živi organizmi. Jedan ih rječnik definira kao "Kemikalije koje proizvode živi organizmi koji imaju toksična svojstva za drugi organizam". Toksini su vrlo privlačni teroristima za korištenje u bioterorističkim djelima. Prvi razlog je taj što se mnogi biološki toksini mogu vrlo lako dobiti. Jednostavni sustavi za uzgoj bakterija i oprema za ekstrakciju namijenjeni biljnim toksinima su jeftini i lako dostupni, a mogu se čak i izraditi kod kuće.Mnogi toksini utječu na živčani sustav sisavaca ometajući prijenos živčanih impulsa, što im daje visok potencijal u bioterorističkim napadima. Drugi su odgovorni za blokadu glavnog staničnog metabolizma, uzrokujući staničnu smrt. Štoviše, većina toksina djeluje vrlo brzo i smrtonosna je u malim dozama (LD50 < 25 mg/kg), koji su vrlo često niži od kemijskih ratnih agenasa. Iz tih razloga odlučili smo pripremiti ovaj pregledni rad čiji je glavni cilj prikazati visok potencijal bioloških toksina kao čimbenika bioterorizma, opisujući opće karakteristike, mehanizme djelovanja i tretmana najjačih bioloških toksina. U ovom radu smo se fokusirali na šest najopasnijih toksina: botulinum toksin, stafilokokni enterotoksini, Clostridium perfringens toksini, ricin, abrin i T-2 toksin. Nadamo se da će ovaj rad pomoći u razumijevanju problema dostupnosti i potencijala bioloških toksina.

Ključne riječi: bio-agents biološki toksini biological warfare agents bioterrorism.

Izjava o sukobu interesa

Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Figure

Struktura tipa botulinum neurotoksina…

Struktura botulinum neurotoksina tipa A. Kristalna struktura proteina (PDB: 3BTA)…

Struktura stafilokoknog enterotoksina B.…

Struktura stafilokoknog enterotoksina B. Kristalna struktura proteina (PDB: 3SEB) [53]…

Struktura enterotoksina C. Perfringens...

Struktura enterotoksina C. Perfringens. Kristalna struktura proteina (PDB: 3AM2) [68]…

Struktura Ricina. Kristal…

Struktura Ricina. Kristalna struktura proteina (PDB: 2AAI) [75] je uzeta…

Struktura abrina. Kristal…

Struktura abrina. Kristalna struktura proteina (PDB: 1ABR) [91] je uzeta…


Vrste biološkog oružja

Centar za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) navodi 35 agenata kao potencijalno biološko oružje, međutim, svi su kategorizirani u 3 različite skupine na temelju njihove procijenjene razine prijetnje.

  • kategorija A:Imaju najveći potencijal za širenje i stope smrtnosti. Predstavljaju najveći rizik za nacionalnu sigurnost, kao i izazivaju ogroman strah u javnosti i građanski poremećaj. Zahtijevaju najveću spremnost javnog zdravlja.
  • kategorija B:Također predstavljaju potencijalni rizik kroz širenje, iako s manje incidenata bolesti i nižim stopama smrtnosti. Značajna spremnost javnog zdravlja.
  • kategorija C:Ne smatra se značajnom prijetnjom kao kategorije A i B, iako postoji potencijal da se ti agensi razviju kao buduće oružje s boljim znanstvenim razumijevanjem. Još uvijek potencijalno može dovesti do incidenata morbiditeta. Nespecifična pripravnost kroz cjelokupnu procjenu bioterorizma.

Sažetak kliničkih karakteristika i smjernica za upravljanje biološkim oružjem kategorije A

Agent Trajanje inkubacije Smjernice za trijažu/pružatelja usluga Preporuke za liječenje
Antraks 2-4 dana Standardne univerzalne mjere opreza Ciprofloksacin ili doksiciklin †
Velike boginje 10-12 dana Mjere opreza u zraku/kontaktu Imuni globulin vakcine, cedofivir
Kuga 2-4 dana Mjere opreza u zraku (kapljicama). Streptomicin ili gentamicin
tularemija 3-5 dana Standardne univerzalne mjere opreza Streptomicin, gentamicin, ciprofloksacin
Virusi hemoragijske groznice 2-21 dan Mjere opreza u zraku/kontaktu Razmotrite ribavirin
botulinum 12-36 sati Standardne univerzalne mjere opreza Botulinski antitoksin
ricin * 4–8 sati ‡ Standardne univerzalne mjere opreza Samo podrška
– Izvor: Shannon, Michael “Upravljanje infektivnim agensima bioterorizma” ožujak 2004. ∗Ricin nije biološko oružje kategorije A. Međutim, ima visokoprofilno sredstvo sa značajnom toksičnošću. † Treba dodati jedan ili dva dodatna antimikrobna lijeka. Pogledajte tekst za opcije liječenja. ‡Razdoblje inkubacije nakon inhalacijske izloženosti

Simptomatske reakcije u tijelu u lijekovima kategorije A:

Antraks

Bakterija antraksa.

Animacija bakterije antraksa. Fujoh. N.p., n.d. Mreža. 6. prosinca 2015.

Antraks je vrsta bakterije tzv Bacillus anthracis. Udisanje, probava ili dodir s kožom s ovom bakterijom mogu dovesti do infekcije kod izloženih. Procjenjuje se da je stopa smrtnosti od antraksa 95%, iako je tijekom napada antraksa u rujnu-listopadu 2001. stopa smrtnosti bila 50%. Unutar 2-4 dana od izlaganja žrtve bi imale simptome nalik gripi (groznica, zimica, znojenje, malaksalost, neproduktivan kašalj i nelagoda u prsima). Ako se ne liječi, može napredovati do hemoragijskog medijastinitisa, pleuralnog izljeva, meningitisa i sepse i na kraju smrti. Međutim, antraks nije zarazan i ako se odmah liječi, izloženi se mogu potpuno oporaviti. Strah od antraksa najvjerojatnije će se pojaviti u vladinim zgradama, pa su glavni gradovi države i Washington D.C. neka mjesta na kojima će se najvjerojatnije vidjeti izbijanje. Antraks se može kontrolirati prilično lako i ne širi se kontaktom s čovjeka na čovjeka pa ga koriste ljudi koji pokušavaju poslati poruku određenoj osobi moći.

Velike boginje

/>Dijete zaraženo boginjama.

Simptomi velikih boginja obično se javljaju kao 10-12 dana niske temperature i malaksalosti. Nakon ovih prvih znakova slijedi visoka temperatura, prostracija i razvoj lezija. Male boginje imaju stopu smrtnosti od 30%, iako je liječenje nakon 4 dana izlaganja bilo učinkovito u povećanju šansi za preživljavanje. Iako su velike boginje iskorijenjene i službeno cijepljenje je prestalo 1972. u Sjedinjenim Državama, potencijalni rizik od biološkog oružja leži u nedostatku imuniteta među onima (uglavnom djece i mladih) rođenih nakon njegovog iskorijenjivanja. Trenutno su Sjedinjene Države i Rusija jedine zemlje koje posjeduju bolest u istraživačkim laboratorijima. Velike boginje su zarazne i zahtijevaju posebne protokole u zraku i kontakte za one koji se bave bolesnicima s velikim boginjama. Malo je vjerojatno da će se pojaviti biološko oružje koje sadrži velike boginje jer je bolest toliko zarazna da postoji velika vjerojatnost da će se bolest na kraju vratiti ljudima koji su to oružje i stvorili. Međutim, ako bi se to dogodilo, Alpha gradovi kao što su New York i Los Angeles bili bi u opasnosti zbog velike populacije ljudi koji žive u tom području.

Kuga

Ruka nekoga zaraženog septikemičnom kugom.

Vjerojatno najpoznatiji uzročnici kategorije A, kuga je opustošila europsko stanovništvo tijekom 14. i 15. stoljeća, posebno tijekom epidemije 1346. godine koja je ubila oko 20 – 30 milijuna ljudi. Japan je 2000-ih bacio na Kinu “bombu protiv buha” buha koje nose kugu, što je izazvalo ozbiljnu epidemiju bolesti. Međutim, u slučaju modernog biološkog napada, plućna kuga bi bila najvjerojatnija jer se može širiti kapljicama u obliku aerosola. Simptomi se pojavljuju 2-4 dana nakon izlaganja u obliku groznice, krvave ili vodenaste sluzi, kao i simptomi slični gripi. Žrtve bi mogle umrijeti od respiratornog zatajenja kao posljedica upale pluća. Plućna kuga je najteža i nosi stopu smrtnosti od 90-100% kada se ne liječi. Biološko oružje protiv plućne kuge najvjerojatnije će utjecati na veliku populaciju zbog svoje sposobnosti raspršivanja. Veliki, razvijeni gradovi bili bi najviše ugroženi.

Tularemija

Tularemijske rane na rukama.

Zoonotska bakterija, tularemija je patogen koji može zaraziti samo 10 organizama. To je patogen kategorije “A” i ova se bolest može širiti na mnogo načina, uključujući udisanje aerosoliziranih bakterija, preko kontaminiranih bakterija i ugriza vektora člankonožaca kao što su krpelji ili buhe. Potencijal za korištenje ove bakterije u biološkom oružju viđen je kada je epidemija zahvatila Sovjetski Savez i istočnu Europu 1930-ih i #8217.

Biološki napad s ovom bakterijom imao bi velike posljedice jer Centri za kontrolu bolesti (CDC) procjenjuju da bi napad koštao društvo oko 5,4 milijarde dolara. Uz pravilno liječenje, stopa smrtnosti je manja od 2%, međutim u kontekstu napada biološkim oružjem mnogi se neće liječiti, a oni koji nemaju stopu smrtnosti do 60%. Kako postoji mnogo metoda disperzije, postoje različite vrste tularemije koje imaju različite simptome. Sve je popraćeno visokom temperaturom. Onima koji su zaraženi tularemijom u slučaju terorističkog napada preporučuje se uzimanje doksiciklina i ciprofloksacina oralno za suzbijanje bolesti. Budući da se tularemija može širiti na mnogo načina, razna mjesta su ugrožena. Svako mjesto koje ima krpelja moglo bi biti ugroženo zbog unošenja bakterija u populaciju, ali i čvorišta javnog prijevoza mogu biti ugrožena zbog svoje sposobnosti raspršivanja.

Ebola

Ebolavirus.

Filovirus, ebola je kategorija “A” zbog društvenog poremećaja koji bi mogao uzrokovati, o čemu svjedoči panika koju je 2014. izazvala epidemija ebole u Sjedinjenim Državama. Česta bolest u Africi, ebola nosi stopu smrtnosti između 50-90%. Širi se krvlju i tjelesnim tekućinama, kao i fomitima koji mogu sadržavati virus, kao što je deka. Ebola ima nekoliko simptoma uključujući simptome slične gripi, ali također dovodi do unutarnjeg krvarenja. U nemilitariziranom obliku, ebola je zoonoza. Ne postoje poznati načini liječenja ebole. Budući da se ebola širi tjelesnim tekućinama, bolnice bi bile izložene iznimnom riziku od prenošenja bolesti kroz nepropisno oprane plahte i krevete.

Botulizam

Simptomi botulizma.

Iznimno rijetka bolest, botulizam je uzrokovana bakterijom koja proizvodi živčani toksin, što osobu dovodi do paralize. Prirodno se javlja Clostridium botulinum prenosi se na nekoliko načina, uključujući jedenje kontaminirane hrane i uzimanje spora u obliku aerosola. Simptomi kao posljedica ove bolesti su spuštene oči, slabost mišića, nejasan govor, dvostruki vid, što dovodi do paralize mišića, pa čak i paralize ekstremiteta. Botulizam se može liječiti stavljanjem pacijenta na respirator i primjenom antitoksina. Može potrajati mjesecima da se pacijent oporavi. Različita područja bi bila osjetljiva na botulizam ovisno o načinu raspršivanja. Ako je hrana kontaminirana, oni koji su jeli restoran bili bi u opasnosti. Ali budući da je također raspršena, svako mjesto koje ima veliku količinu slučajnog kontakta između čovjeka i čovjeka, kao što je javni prijevoz, bilo bi ugroženo.

Ricin

Ricin grah.

Ricin je otrov koji se proizvodi u zrnu ricinusa. Ti se grah uzgaja diljem svijeta za proizvodnju ricinusovog ulja, ali otrov je nusproizvod stvaranja ulja. Ova se tvar može koristiti kao biološko oružje jer je potrebno samo nekoliko zrna ricina da se ubije ljudsko biće. Ricin se može proći kroz hranu, vodu, pa čak i zrak, tako da postoji niz načina na koje se ovaj otrov može širiti. Otrov dobiva svoju smrtonosnost sprečavanjem potrebnih proteina da uđu u stanice u nečijem tijelu, uzrokujući njihovu smrt. Simptomi ricina mogu se pojaviti već 4 sata nakon izlaganja, a simptomi ovise o tome je li otrov udahnut ili progutan. Ne postoji lijek za Ricin, no preživljavanje se povećava ako se tijelo može riješiti otrova što je brže moguće, uključujući pranje tijela ako je otrov na koži i prisilno povraćanje ako se proguta. Ricin je iznimno opasan i zbog svoje sposobnosti da se prenosi na mnoge načine, velika demografska skupina mogla bi biti ugrožena. Na primjer, ako bi se vodovod zarazio, svatko tko je pio vodu postao bi ugrožen. To bi moglo varirati od nekoliko tisuća ljudi ako je u ruralnom gradu, do milijuna ako je u velikom, metropolitanskom gradu.


Bioterorizam: Trebamo li biti zabrinuti?

"Biološko oružje." Sama ta fraza mogla bi potjerati jezu niz kralježnicu. Ali što su oni? Kako oni rade? I jesmo li doista u opasnosti? U ovom Spotlight-u ispitujemo njihovu povijest i potencijalnu budućnost.

Podijeli na Pinterestu Biološki rat se koristi tisućama godina.

Ponekad poznato kao "rat protiv klica", biološko oružje uključuje upotrebu toksina ili infektivnih agenasa biološkog porijekla. To može uključivati ​​bakterije, viruse ili gljivice.

Ova sredstva se koriste za onesposobljavanje ili ubijanje ljudi, životinja ili biljaka u sklopu ratnih napora.

Zapravo, biološki rat koristi neljudski život da poremeti — ili okonča — ljudski život. Budući da živi organizmi mogu biti nepredvidljivi i nevjerojatno otporni, biološko oružje je teško kontrolirati, potencijalno je razorno na globalnoj razini i zabranjeno je globalno prema brojnim ugovorima.

Naravno, ugovori i međunarodni zakoni su jedno - a sposobnost čovječanstva da pronađe inovativne načine međusobnog ubijanja je drugo.

Povijest biološkog ratovanja je duga, što ima smisla da njegova primjena može biti lo-fi afera, tako da nema potrebe za električnim komponentama, nuklearnom fuzijom ili raketnim titanom, na primjer.

Rani primjer vraća nas više od 2 i pol tisućljeća unatrag: Asirci su zarazili bunare svojih neprijatelja gljivicom raženog ergota, koja sadrži kemikalije povezane s LSD-om. Konzumacija zaražene vode izazvala je zbunjenost mentalnog stanja, halucinacije i, u nekim slučajevima, smrt.

U 1300-ima tatarski (mongolski) ratnici opsjedali su krimski grad Kaffu. Tijekom opsade mnogi su Tatari umrli od kuge, a njihova beživotna, zaražena tijela bačena su preko gradskih zidina.

Neki istraživači vjeruju da je ova taktika možda bila odgovorna za širenje kuge crne smrti u Europi. Ako je tako, ova rana uporaba biološkog ratovanja prouzročila je konačnu smrt oko 25 milijuna Europljana.

Ovo je izvrstan primjer potencijalnog opsega, nepredvidljivosti i zastrašujuće jednostavnosti biološkog ratovanja.

Krećući se naprijed do 1763., britanska vojska pokušala je upotrijebiti velike boginje kao oružje protiv Indijanaca u opsadi Fort Pitta. U pokušaju da zarazu prenesu mještanima, Britanci su kao darove poklonili deke iz bolnice za velike boginje.

Iako sada znamo da bi to bio relativno neučinkovit način prenošenja velikih boginja, namjera je bila tu.

Tijekom Drugog svjetskog rata, mnoge od uključenih strana s velikim su zanimanjem proučavale biološki rat. Saveznici su izgradili objekte sposobne za masovnu proizvodnju spora antraksa, bruceloze i toksina botulizma. Srećom, rat je završio prije nego što su upotrijebljeni.

Japanci su najviše koristili biološko oružje tijekom Drugog svjetskog rata, jer je među ostalim zastrašujuće neselektivnim napadima, japansko vojno zrakoplovstvo bacilo keramičke bombe pune buha koje su nosile bubonsku kugu na Ningbo u Kini.

Sljedeći citat dolazi iz članka o povijesti biološkog ratovanja.

“ Japanska vojska otrovala je više od 1000 bunara u kineskim selima kako bi proučila epidemije kolere i tifusa. […] Neke od epidemija koje su izazvale trajale su godinama i nastavile ubijati više od 30 000 ljudi 1947., dugo nakon što su se Japanci predali.”

Dr. Friedrich Frischknecht, profesor integrativne parazitologije na Sveučilištu Heidelberg, Njemačka

Centri za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) definiraju bioterorizam kao “namjerno oslobađanje virusa, bakterija ili drugih klica koje mogu razboljeti ili ubiti ljude, stoku ili usjeve”.

To se može postići na više načina, kao što su: putem aerosolnih sprejeva u eksplozivnim napravama putem hrane ili vode ili apsorbira ili ubrizgava u kožu.

Budući da su neki patogeni manje robusni od drugih, vrsta korištenog patogena će definirati kako se može primijeniti.

Korištenje takvog oružja čini određenu privlačnost teroristima jer imaju potencijal prouzročiti veliku štetu, naravno, ali je također prilično jeftino za proizvodnju u usporedbi s projektilima ili drugom visokotehnološkom opremom.

Također, mogu se “detonirati”, a zbog dugog vremena koje im je potrebno da se rašire i počnu djelovati, ima dovoljno vremena da počinitelj pobjegne neotkriven.

Biološko oružje može biti teško kontrolirati ili predvidjeti u situaciji na bojnom polju, budući da postoji značajan rizik da će postrojbe s obje strane biti pogođene. Međutim, ako je terorist zainteresiran za napad na udaljenu metu kao usamljeni operant, bioterorizam nosi mnogo manji rizik za osobu.

Antraks

Stručnjaci smatraju da bi danas najvjerojatniji organizam koji će biti korišten u bioterorističkom napadu bio Bacillus anthracis, bakterija koja uzrokuje antraks.

Rasprostranjen je u prirodi, lako se proizvodi u laboratoriju i dugo opstaje u okolišu. Također, svestran je i može se izdavati u prahu, spreju, vodi ili hrani.

Antraks se već koristio. Godine 2001. spore antraksa poslane su putem poštanskog sustava Sjedinjenih Država. Ukupno su 22 osobe oboljele od antraksa - od kojih je pet umrlo. A, krivac nikad nije uhvaćen.

Velike boginje

Drugi potencijalni uzročnik bioterorizma su velike boginje, koje se, za razliku od antraksa, mogu širiti s osobe na osobu. Velike boginje više nisu zabrinjavajuća bolest u prirodnom svijetu - jer su ih zajednički napori na cijepljenju suzbili - a posljednji prirodno rašireni slučaj dogodio se 1977.

Međutim, ako bi netko dobio pristup virusu velikih boginja (još se čuva u dva laboratorija - jednom u SAD-u i jednom u Rusiji), mogao bi biti učinkovito oružje koje se brzo i lako širi među ljudima.

Kuga

Već smo spomenuli upotrebu kuge od strane Tatara, Yersinia pestis, prije nekoliko stotina godina, ali neki vjeruju da bi se mogao koristiti iu suvremenom svijetu. Y. pestis na ljude se prenosi ugrizom buhe koja se hranila zaraženim glodavcima.

Jednom kada se čovjek zarazi, rezultirajuća bolest može se razviti ili u bubonsku kugu, koja se teško prenosi među ljudima i prilično se lako liječi antibioticima, ili — ako se infekcija proširi na pluća — postaje plućna kuga, koja se brzo razvija i ne reagira dobro na antibiotike.

Rad napisan o kugi i njenom potencijalu za korištenje u biološkom terorizmu kaže:

“ S obzirom na prisutnost i dostupnost kuge diljem svijeta, kapacitet za masovnu proizvodnju i širenje aerosola, visoku stopu smrtnosti od plućne kuge i mogućnost brzog sekundarnog širenja, potencijalna upotreba kuge kao biološkog oružja od velike je zabrinutosti .”

dr. Stefan Riedel, odjel za patologiju, Baylor University Medical Center, Dallas, TX

Kolera

Kao potencijalno teška i ponekad smrtonosna gastrointestinalna bolest, kolera ima potencijal da se koristi u bioterorizmu. Ne širi se lako s osobe na osobu, pa da bi bio učinkovit, trebalo bi ga obilno dodati velikom izvoru vode.

U prošlosti su bakterije odgovorne za koleru, Vibrio kolera, naoružani su, između ostalih, u SAD-u, Japanu, Južnoj Africi i Iraku.

Tularemija

Neki smatraju tularemiju, infekciju uzrokovanu Francisella tularensis bakterija, kao potencijalno biološko oružje.Uzrokuje groznicu, ulceracije, oticanje limfnih žlijezda, a ponekad i upalu pluća.

Bakterija može uzrokovati infekciju ulaskom kroz pukotine na koži ili udisanjem u pluća. Posebno je zarazna i samo vrlo mali broj organizama (čak 10) treba ući u tijelo kako bi pokrenuo ozbiljan napad tularemije.

Proučavani od strane Japanaca tijekom Drugog svjetskog rata i skladišteni od strane SAD-a 1960-ih, F. tularensis je otporan, sposoban izdržati niske temperature u vodi, sijenu, raspadnutim leševima i vlažnom tlu mnogo tjedana.

Prema Centru za javno zdravstvo Johns Hopkins, “Širenje aerosola od F. tularensis u naseljenom području bi se očekivalo da će rezultirati naglom pojavom velikog broja slučajeva akutne, nespecifične, febrilne bolesti koja počinje 3 do 5 dana kasnije […], s razvojem pleuropneumonitisa u značajnom udjelu slučajeva.”

“Bez liječenja antibioticima, klinički tijek bi mogao napredovati do zatajenja dišnog sustava, šoka i smrti.”

Ti su patogeni, naravno, skraćeni izbor. Ostala za koja se smatra da imaju potencijal kao biološko oružje uključuju brucelozu, Q groznicu, majmunske boginje, arbovirusne encefalitide, virusne hemoragične groznice i stafilokokni enterotoksin B.


Populacija živih organizama | Ekologija

Sljedeće točke naglašavaju sedam glavnih čimbenika koji utječu na populaciju živih organizama. Faktori su: 1. Natalitet 2. Smrtnost 3. Raspršivanje 4. Raspodjela po dobi 5. Biotički potencijal i otpornost na okoliš 6. Biotički i abiotički čimbenici 7. Ovisno o gustoći i neovisno o gustoći.

Faktor # 1. Natalitet:

Povećanje broja jedinki u populaciji u danim okolišnim uvjetima naziva se natalitet. Primjerice, rađanje, valjenje, klijanje i vegetativno razmnožavanje glavni su uzroci koji su odgovorni za povećanje broja jedinki.

Kada se povećanje individua izrazi u jedinici vremena, to se zove stopa nataliteta.

Natalitet se izračunava na sljedeći način:

Stopa nataliteta ili natalitet (B) = broj rođenih po jedinici vremena/prosječno stanovništvo

Maksimalni broj rođenih po pojedincu u idealnim uvjetima okoline naziva se potencijalni natalitet.

Natalitet se razlikuje od organizma do organizma. Ovisi o gustoći naseljenosti i okolišnim čimbenicima. Opće je pravilo da ako je gustoća naseljenosti niska, niska je i stopa nataliteta, jer su male šanse za parenje mužjaka i ženki.

S druge strane, ako je gustoća naseljenosti neobično visoka, stopa nataliteta također može biti niska zbog loše prehrane, fizioloških ili drugih problema povezanih s gužvom.

Maksimalni ili apsolutni natalitet opaža se kada vrsta postoji u idealnim ekološkim i genetskim uvjetima. Stvarni broj poroda koji se dogodio u postojećim uvjetima okoliša mnogo je manji u odnosu na apsolutni natalitet. Naziva se ekološkim natalitetom ili ostvarenim natalitetom. Nije konstantan za populaciju i može varirati s veličinom stanovništva kao i s vremenom.

Faktor broj 2. Smrtnost:

Gubitak jedinki uslijed smrti u populaciji u danim okolišnim uvjetima naziva se smrtnost.

Smrtnost se odnosi na broj umrlih u jedinici vremena.

Stopa mortaliteta = D/t gdje je D broj umrlih u vremenu t.

Smrtnost se može izraziti na sljedeći način:

(i) Minimalna ili specifična ili potencijalna smrtnost:

Predstavlja minimalni ili teoretski gubitak pojedinaca pod idealnim ili neograničavajućim uvjetima. Tako bi čak i pod najboljim uvjetima pojedinci u populaciji umirali od starosti koju određuje njihova fiziološka dugovječnost. Dakle, to je konstantno za populaciju.

(ii) Ekološka ili ostvarena smrtnost:

Odnosi se na smrt jedinki populacije u postojećim uvjetima okoliša. Budući da varira s uvjetima okoline, nikada nije konstantan. Maksimalna smrtnost javlja se u jajetu, ličinki, klijancu i starosti.

Na smrtnost utječu brojni čimbenici, kao što su gustoća, natjecanje, bolest, grabežljivac i okoliš. Stope smrtnosti variraju među vrstama i u korelaciji su sa stopom nataliteta. Kada je stopa nataliteta jednaka stopi mortaliteta, populacija je stacionarna.

Omjer rođenja i smrti (rođenja/smrti × 100) naziva se vita indeks.

Za populaciju je opstanak pojedinaca važniji od smrti. Broj rođenih u odnosu na nosivost staništa temeljni je čimbenik koji utječe na stopu mortaliteta. Kada se rodi više mladih nego što stanište može podržati, višak mora ili umrijeti ili napustiti područje.

Kako je broj preživjelih važniji od broja umirućih pojedinaca, smrtnost se bolje izražava kao preživljavanje ili kao očekivani životni vijek. Očekivano trajanje života odnosi se na prosječan broj godina koje je preostalo stanovništvu za život.

Faktor broj 3. raspršivanje:

Većina organizama se raspršuje u jednom ili drugom trenutku tijekom svog životnog ciklusa. Pojedinci se useljavaju (imigracija) i iseljavaju iz populacije (emigracija), a takva kretanja utječu na veličinu populacije.

Kretanje pojedinaca u populaciju i iz nje naziva se disperzija stanovništva. Ima važnu ulogu u geografskoj rasprostranjenosti organizama čak i na područjima koja su ranije zauzimali članovi populacije.

Rasipanje organizama događa se iz različitih razloga kao što su hrana, zaštita, sprječavanje prenaseljenosti, djelovanje vjetra i vode, čimbenici okoliša kao što su svjetlost, temperatura, uzgojno ponašanje, fiziološki razlozi ili zbog razmjene genetskog materijala između populacija.

Raspršivanje stanovništva u prirodi se događa na sljedeći način:

To je jednosmjerno kretanje pojedinaca iz populacije. Ovo kretanje je trajno i uzrokuje širenje vrste na nova područja. Iseljavanje u prirodnim uvjetima događa se kada postoji prenapučenost populacije i općenito se smatra adaptivnim ponašanjem koje regulira populaciju na određenom mjestu i sprječava prekomjerno iskorištavanje staništa.

Ova vrsta disperzije nudi novu priliku pojedincima iz jedne populacije da se križaju s onima iz druge populacije što dovodi do veće genetske heterozigotnosti i prilagodljivosti.

Ovo je jednosmjerno kretanje pojedinaca u populaciju. To dovodi do povećanja gustoće naseljenosti. To može rezultirati smanjenom smrtnošću među imigrantima ili smanjenom reproduktivnom sposobnošću pojedinaca.

Migracije su dvosmjerno masovno kretanje cjelokupnog stanovništva. Uključuje povremeni odlazak i povratak jedinki populacije i javlja se samo u pokretnim organizmima tijekom nepovoljnih razdoblja. Pokazuju ga mnoge ptice, ribe i pojedine životinje. U većini slučajeva dolazi do migracije stanovništva radi hrane, skloništa ili reprodukcije.

Faktor broj 4. Raspodjela po dobi:

Raspodjela po godinama važna je karakteristika stanovništva koja utječe na natalitet i mortalitet. Smrtnost obično varira s dobi, jer su šanse za smrt veće u ranim i kasnijim razdobljima života. Slično, natalitet je ograničen na određene dobne skupine, npr. u srednjim dobnim skupinama kod viših životinja.

Pojedinci jedne populacije mogu se podijeliti u tri ekološka stadija. Oni su:

Jedinke predreproduktivne skupine su mlade, one iz reproduktivne skupine su zrele, a one u postreproduktivnoj skupini su stare.

Raspodjela dobi može biti konstantna ili varijabilna. To je izravno povezano sa stopom rasta stanovništva. Ovisno o udjelu triju dobnih skupina, može se reći da populacije rastu, zrele ili stabilne i da se smanjuju.

Brzo rastuća populacija sadrži veliki udio mladih jedinki, stabilna populacija pokazuje ravnomjernu distribuciju jedinki u reproduktivnoj dobi, a populacija koja se smanjuje ili smanjuje veliki udio starih jedinki.

Dobna piramida model u kojem su geometrijski prikazani brojevi ili udjeli pojedinaca u različitim dobnim skupinama u bilo kojem trenutku. U dobnoj piramidi, broj predreproduktivnih jedinki prikazan je na dnu broja reproduktivnih dobnih skupina u sredini, a broj postreproduktivnih jedinki na vrhu. Dobna piramida pokazuje da li se populacija širi ili je stabilna ili se smanjuje.

Hipotetske piramide starosti su sljedeće:

(i) Piramida sa širokom bazom:

Ova piramida pokazuje visok postotak mladih jedinki i eksponencijalni rast populacije zbog visoke stope nataliteta, npr. kvasac, kućna muha itd.

(ii) Piramida u obliku zvona:

Ova vrsta dobne piramide pokazuje stabilnu populaciju s manje-više jednakim brojem mladih i sredovječnih jedinki i najmanjim brojem postreproduktivnih jedinki.

(iii) Piramida s uskom bazom:

Ovo je piramida u obliku urne koja pokazuje povećan broj sredovječnih i starih organizama u odnosu na mlade u populaciji. To pokazuje smanjenje broja stanovnika.

Faktor broj 5. Biotički potencijal i otpornost na okoliš:

Svaka vrsta organizma proizvodi više potomaka nego što je potrebno da bi ta vrsta preživjela. Maksimalna stopa reprodukcije populacije, u idealnim uvjetima, naziva se biotički potencijal. Ovaj faktor pretpostavlja da će svi mladi živjeti dovoljno dugo za reprodukciju.

Da bi dosegla svoj biotički potencijal, populacija mora imati svu hranu ili sirovine, vodu i prostor koji su joj potrebni za preživljavanje. Također je potrebna idealna klima i odsutnost konkurencije i bolesti. Na primjer, neke bakterije se dijele svakih 20 minuta.

U 24 sata broj proizvedenih jedinki bio bi dovoljan da pokrije cijelu površinu zemlje do dubine od preko 20 cm. Međutim, populacije ne dostižu svoj biotički potencijal. Mnogi čimbenici utječu na stopu rasta stanovništva. Otpornost okoliša znači skup čimbenika koji smanjuju stopu rasta populacije.

Faktor broj 6. Biotički i abiotički čimbenici:

Biotički čimbenici koji utječu na rast populacije su živi organizmi ili njihove karakteristike. Na primjer, biotički čimbenici koji utječu na populaciju su prisutnost grabežljivaca ili lovaca, opskrba hranom, gustoća same populacije, biotički potencijal vrste i bolest.

Abiotički čimbenici su neživi fizički elementi u okolišu, kao što su temperatura, voda, vlaga, svjetlost, tlo, nagib, zrak i vjetar.

Faktor broj 7. Ovisno o gustoći i neovisno o gustoći:

Čimbenici ovisni o gustoći različito utječu na populaciju ako je populacija pretrpana nego ako nije pretrpana. Učinci grabežljivaca, bolesti i konkurencije variraju s koncentracijom populacije. Na primjer, bolest se brže širi kroz prepuno stanovništvo ozbiljno. Biotički čimbenici utječu na cijelu populaciju nego kroz rijetku.

Gubitak izvora hrane utječe na prepuno stanovništvo, bez obzira na njihovu gustoću, a naziva se neovisno o gustoći. Na primjer, šumski požar utječe na opskrbu hranom i sklonište svih organizama u područjima bez obzira na to jesu li gužve ili ne.


Inkyjev veliki bijeg

Kada je Carrie Albertin birala laboratorij za svoje doktorsko istraživanje, profesor na Sveučilištu u Chicagu ju je odveo da vidi spremnike hobotnice. Jedno usamljeno jaje veličine ružičastog nokta plutalo je u spremniku od 240 galona. "Unutar pet minuta izleglo se, pogledalo nas, promijenilo boje, napisalo i otplivalo", rekao je Albertin. "Prodan sam."

Albertin nije sam. Mnogi biolozi su fascinirani glavonošcima, skupinom koja uključuje hobotnice, lignje i sipe. Hobotnice i lignje, na primjer, imaju nevjerojatne sposobnosti regeneracije u nekim slučajevima, sposobne su izrasti nove ticale od nule. Imaju sofisticirano sredstvo komunikacije i prerušavanja, postignuto kožom poput LED-a. I unatoč činjenici da su beskralježnjaci, poput muha i crva, sa živčanim sustavom koji je mnogo drugačiji od našeg, sposobni su za zapanjujuće složena ponašanja. YouTube je prepun glavonošaca, od hobotnica koje mogu otvoriti staklenke do onih koje nose oko sebe ljusku kokosa kako bi se zaštitile od grabežljivaca. Hobotnica po imenu Inky u akvariju na Novom Zelandu dospjela je na svjetske naslovnice u travnju nakon što se provukao kroz mali procjep na vrhu svog spremnika, jurnuo po podu i skliznuo niz odvodnu cijev dugu 164 metra u more.

Mozak glavonožaca - najveći od svih beskralježnjaka - još uvijek je misterij za znanstvenike. Ali znaju da je organizirano puno drugačije od našeg. Osim središnjeg živčanog sustava, hobotnica ima raspodijeljeni sustav inteligencije, s mnogo njezinih neurona raspoređenih na svaki od njegovih osam krakova. Doista, neke vrste hobotnice mogu ukloniti ruku kada ih napadne grabežljivac, ostavljajući odvojeni, ali aktivni ud da se bori s grabežljivcem dok životinja pobjegne. "Zanimljivi su jer su razvili složenost kroz potpuno drugačiji put", rekao je Rosenthal.

Jedan od glavnih kandidata za vrstu modela hobotnice je kalifornijska hobotnica s dvije točke, prvi glavonožac kojemu je sekvenciran genom. Njegov genom, objavljen prošlog ljeta, velik je gotovo kao naš - 2,7 milijardi baza u usporedbi s 3 milijarde - i ima više gena od nas: otprilike 33 000, u usporedbi s 20 000 do 25 000 kod ljudi.

Genom nagovještava molekularne inovacije koje bi mogle potaknuti složeno ponašanje. Jedan od najiznenađujućih nalaza studije genoma je velika obitelj proteina zvanih protokadherini, koji pomažu odrediti kako su različiti neuroni povezani. Prije sekvenciranja hobotnice, znanstvenici su mislili da samo kralježnjaci imaju veliki broj ovih proteina. Ali hobotnica ima 168 različitih vrsta protokadherina, u usporedbi s našim 58.

Cliff Ragsdale, neurobiolog sa Sveučilišta u Chicagu koji je vodio projekt sekvenciranja (i koji je prvi doveo Carrie Albertin u akvarijume za hobotnice), rekao je da sada počinju promatrati neurokirurgiju hobotnice, za koju se nadaju da će objasniti zašto hobotnica ima toliko ovih proteina. Sumnjaju da raznoliki niz protokadherina omogućuje raznolikiji skup neuronskih veza. "Protokadherini čine kod za povezivanje živčanih stanica - što je više elemenata koda, to je kod složeniji", rekao je Rosenthal. Ali nitko to još nije uspio testirati na način vođen hipotezama, rekao je.

Ako hobotnica s dvije točke postigne status modelne vrste, Ragsdale i drugi imat će veću kolekciju molekularnih alata za rješavanje ovih pitanja. Zatim mogu početi provoditi kontroliranije eksperimente, eliminirajući gene za određene protokadherine i analizirajući što se događa s neuralnim krugovima.


Top tjednik

Što su to kiseline, baze i pH?

Kada proučavate biologiju, morate shvatiti kako reakcije mogu formirati kiseline ili baze, kao i kakav učinak taj ha.

Osnovna oprema koja se koristi u biološkim pokusima

Svakodnevna rutina biologa uključuje korištenje osnovne opreme u njihovim biološkim pokusima — kao npr.

Deset savjeta za stjecanje A iz biologije

Satovi prirodoslovlja, poput biologije, mogu biti među najizazovnijim satovima koje ćete ikada pohađati. Dobivanje petice iz biologije.

Kako ljudski mozak radi

Mozak je glavni organ tijela. Mozak preuzima sve informacije koje se odnose na unutarnje i vanjske tjelesne e.

Pet osjetilnih organa u ljudskim bićima

Čulni organi — oči, uši, jezik, koža i nos — pomažu u zaštiti tijela. Ljudski osjetilni organi c.

Razmnožavanje biljaka

Biljke su vrlo uspješni organizmi, rastu u gotovo svim sredinama.

Fluid-mosaic model stanične plazma membrane

Model fluid-mozaik opisuje plazmu m.

Osnove organske kemije

Kada istražujete biologiju, otkrit ćete da se u živim organizmima neprestano odvijaju mnogi procesi. Studija o.

Razlike među bakterijama, arhejama i eukariotskim mikroorganizmima

Postoje tri domene života: Bakterije (također poznate kao Eubacteria), Archaea i Eu.

Oblici stanica

Prokariotske stanice dolaze u mnogo različitih oblika i veličina koje možete vidjeti.

Razumijevanje stanica: osnovne jedinice života

Stanice čine najmanju razinu živog organizma kao što ste vi i druga živa bića. Stanični le.

Biostatistics For Dummies Cheat Sheet

Da biste procijenili veličinu uzorka u biostatistici, morate navesti značajnu veličinu učinka ili veličinu učinka koju vrijedi znati.

Proces ljudske probave (ili ono što se događa nakon što pojedete hranu)

Probava je proces pretvaranja hrane u oblik koji tijelo može apsorbirati i koristiti.

Put krvi kroz ljudsko tijelo

Kad se srce skupi i tjera krv u krv.

Potencijal djelovanja neurona

Kada je neuron neaktivan, samo čeka da dođe živčani impuls.

Zajednički latinski i grčki korijeni u biološkom rječniku

Učenici u uvodnoj nastavi biologije obično moraju naučiti više novih riječi iz vokabulara od učenika.

Što su antigeni krvne grupe?

Antigeni krvne grupe su ugljikohidrati koji su vezani za proteine ​​ili lipide. Antigen je tvar strana t.

Kako biljke stječu svoju energiju

Biljke moraju unositi hranu u svoje sustave kako bi stekle energiju i nastavile živjeti, slično životinjama. Biljke stvaraju en.


Istraživanje potencijala metalnih nanočestica unutar sintetske biologije

Područja proučavanja metalnih nanočestica i sintetičke biologije imaju mnogo toga za ponuditi jedno drugom. Metalne nanočestice kao klasa materijala imaju mnoga korisna svojstva. Njihova mala veličina omogućuje više dodirnih točaka nego što bi to bio slučaj sa sličnim masnim spojem, što nanočestice čini izvrsnim kandidatima za katalizatore ili kada su potrebne povećane razine vezivanja. Neke nanočestice imaju jedinstvene optičke kvalitete, što ih čini vrlo prikladnim kao senzori, dok druge pokazuju paramagnetizam, koristan u medicinskom snimanju, posebno magnetskom rezonancijom (MRI). Mnoge od ovih metalnih nanočestica mogle bi se koristiti u stvaranju alata za sintetičku biologiju, i obrnuto, korištenje sintetičke biologije moglo bi se koristiti za stvaranje alata za nanočestice. Ovdje navedeni primjeri uključuju potencijalnu upotrebu kvantnih točaka (QD) i nanočestica zlata kao senzorskih mehanizama u sintetskoj biologiji, te korištenje sintetičke biologije za stvaranje uređaja za otkrivanje nanočestica na temelju trenutnih metoda detekcije metala i metaloida kao što je arsenat. Postoji niz organizama koji mogu prirodno proizvesti niz metalnih nanočestica, kao što su vrste gljiva Phoma koji proizvodi antimikrobne nanočestice srebra. Biološka sinteza nanočestica može imati mnoge prednosti u odnosu na njihovu tradicionalniju industrijsku sintezu. Ako se proteini uključeni u biološku sintezu nanočestica mogu staviti u prikladnu bakterijsku šasiju, onda bi se njima moglo manipulirati i putovi konstruirati kako bi se proizvele vrijednije nanočestice.


9. Evolucija biološke individualnosti

Konačno, evolucija biološke individualnosti i dalje je živa tema (Okasha 2011 Calcott & Sterelny 2011 Bourrat 2015 Clarke 2016b O&rsquoMalley & Powell 2016 Queller & Strassmann 2016 S Herronterner 2017). Ovdje se polazi od ideje da je povijest života povijest izgradnje složenijih bioloških individua od jednostavnijih jedinki, pri čemu prirodna selekcija (koja djeluje na jednoj ili više razina) olakšava prijelaze između tih individua. U temelju ovih ideja je pretpostavka da su mnoge ili sve biološke jedinke hijerarhijski organizirane: raniji pojedinci daju materijalnu osnovu za kasnije pojedince. Na primjer, prokarioti, koji su jednostanični organizmi bez jezgre, čine materijalnu osnovu za jednostanične eukariote, koji zauzvrat imaju jezgru, jednostanični eukarioti služe kao materijalna osnova za višestanične eukariote.

Evolucija bioloških jedinki od prokariota do jednostaničnih eukariota prije oko 2 milijarde godina, te od onih do višestaničnih eukariota u posljednjih 600&ndash800 milijuna godina, utvrđene su činjenice. Osim toga, čini se da nema protuprimjera za ovaj evolucijski trend. Ipak, nagađanja i kontroverze okružuju gotovo sve ostalo što je rečeno o ovim evolucijskim prijelazima. Razmotrimo tri takva pitanja o kojima postoji neka vrsta zadane pozicije u literaturi koja ostaje podložna stalnom filozofskom i empirijskom ispitivanju.

Prvo, uobičajeno je promatrati samu evoluciju individualnosti kao evoluciju složenosti. Međutim, postoje pitanja i o tome kako bi se sama složenost trebala mjeriti ili zamisliti i o tome koji empirijski dokazi postoje za promatranje složenosti pojedinaca kako raste tijekom evolucijskog vremena (McShea 1991.). Je li broj tipova stanica koje je pojedinac uzeo u obzir (Bonner 1988), tipovi hijerarhijske organizacije koje manifestira (Maynard Smith 1988), ili neki kriterij specifičniji za taksone, kao što su informacije potrebne za određivanje raznolikosti parova udova? vrste (Cisne 1974)? Fosili predstavljaju glavni izvor za kriterije koji su ovdje predloženi. Ipak, različite vrste organizama ostavljaju fosile s različitim vrstama obilježja, a neke vrste organizama imaju veću vjerojatnost da će ostaviti fosile nego druge.

Jedna je prirodna sugestija da mogu postojati različite vrste hijerarhija za evoluciju individualnosti, budući da se vrste pojedinaca mogu razlikovati jedna od druge na više načina. Daniel McShea (2001a, 2001b McShea & Changizi 2003) predložio je strukturnu hijerarhiju koja se temelji na dvije komponente, broju razina ugniježđenosti i stupnju do kojeg je najviša jedinka u gniježđenju individualizirana ili razvijena. McShea pruža sveobuhvatni okvir u kojem se eukariotske stanice mogu promatrati kao evoluirajuće iz diferenciranih agregacija prokariotskih stanica koje imaju međudijelove.

Nasuprot tome, Maynard Smith i Szathmáry (1995.) usredotočuju se na razlike u načinu na koji se genetske informacije prenose kroz generacije, predlažući osam glavnih prijelaza u povijesti života. One počinju prijelazom s replicirajućih molekula na podijeljene populacije takvih molekula, a završavaju prijelazom iz društava primata u ljudska društva. Dok su Maynard Smith i Szathmáry zainteresirani za individualnost i složenost, njihovih osam prijelaza ne tvore kontinuiranu hijerarhiju koja se ne preklapa. Njihova je rasprava prvenstveno usmjerena na istraživanje procesa koji upravljaju svakim od posebnih prijelaza koje predlažu u smislu promjena u replikativnoj kontroli. O&rsquoMalley i Powell (2016.) nedavno su ustvrdili da ova perspektiva ne samo da izostavlja kritične događaje &mdash kao što su stjecanje mitohondrija i plastida, u onome što ti autori radije smatraju zaokretima, a ne prijelazima u evoluciji živih bića&mdash, nego i da ono što je potrebno je

dopunska perspektiva koja je manje hijerarhijska, manje usredotočena na višestanične događaje, manje orijentirana na replikaciju, a posebno više metabolička. (O&rsquoMalley i Powell 2016: 175)

Drugo, uobičajeno je promatrati trend od prokariota do višestaničnih eukariota kao rezultat neke vrste usmjerenosti, one koja čini trend tendencijom podržanom temeljnim mehanizmima i ograničenjima. Možda je ta tendencija potkrijepljena termodinamičkim, energetskim razmatranjima, činjenicama o generativnom učvršćivanju razvojnih sustava (Griffiths & amp Gray 2001), ili evolucijskim prednostima povećanja veličine (McShea 1998). Ali ako se pretpostavi da postoji neka vrsta usmjerenosti, svaka od ovih hipoteza može se smatrati predanom onoj vrsti panglosianizma o prilagodbi koju su Gould i Lewontin (1979) poznati po kritici, ili (suptilnije) gledištu na evolucijsku promjenu kao progresivna ili na neki način neizbježna. Gould je koristio svoju raspravu o Burgess Shaleu (Gould 1989) da ospori takve poglede na evoluciju, tvrdeći da nejednakost fosila u tom škriljevcu ukazuje da su živa bića značajno manje različiti jedni od drugih nego što su nekad bili. Gould tvrdi da je raspon bioloških jedinki sada na planetu uvelike rezultat vrlo kontingentnih događaja izumiranja, te bi trebalo biti oprezno odmah pretpostaviti da su opaženi trendovi ili obrasci adaptivne (ili druge) tendencije.


Gledaj video: Naucni Dokazi Vaskrsenja -- Prof. Dr. Tomislav Terzin (Kolovoz 2022).