- Vorsichtsmaßnahmen für die biologische Sicherheit
- Biosicherheitsprobleme
CDC-Forscher und ihre Kollegen rekonstruierten erfolgreich das Influenzavirus, das die Grippepandemie von 1918-19 verursachte, bei der weltweit bis zu 50 Millionen Menschen starben. In der Ausgabe von Science vom 7. Oktober 2005 wurde ein Bericht über ihre Arbeit „Charakterisierung der rekonstruierten Ikone der spanischen Influenza-Pandemie-Virusexterne von 1918“veröffentlicht. Die Arbeit war eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern der CDC, der externen Ikone der Mount Sinai School of Medicine, des Armed Forces Institute of Pathology und der externen Ikone des Southeast Poultry Research Laboratory. Die folgenden Fragen und Antworten beschreiben diese wichtige Forschung und verwandte Themen.
Hinweis: Eine detaillierte historische Zusammenfassung dieser Arbeit, einschließlich ihrer Durchführung, der beteiligten Personen und der daraus gezogenen Lehren, finden Sie unter Die tödlichste Grippe: Die vollständige Geschichte der Entdeckung und Rekonstruktion des Pandemievirus von 1918.
Hintergrund der Forschung
Welche Forschung beschreibt der Wissenschaftsartikel? Warum ist es wichtig?
Die Entdeckung und Rekonstruktion des Pandemievirus von 1918
Lesen Sie mehr darüber, wie eine Expertengruppe von Forschern und Virusjägern das verlorene Virus von 1918 lokalisierte, sein Genom sequenzierte und das Virus in einer hochsicheren und regulierten Laborumgebung am CDC rekonstruierte, um seine Geheimnisse zu untersuchen und sich besser auf zukünftige Pandemien vorzubereiten.
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Dieser Bericht beschreibt die erfolgreiche Rekonstruktion des Influenza A (H1N1) -Virus, das für die Pandemiepandemie von 1918 verantwortlich ist, und liefert neue Informationen über die Eigenschaften, die zu seiner außergewöhnlichen Virulenz beigetragen haben. Diese Informationen sind für die Bewertung der Wirksamkeit aktueller und zukünftiger Interventionen im Bereich der öffentlichen Gesundheit von entscheidender Bedeutung, die für den Fall verwendet werden könnten, dass ein 1918-ähnliches Virus erneut auftritt. Das Wissen aus dieser Arbeit kann auch Aufschluss über die Pathogenese zeitgenössischer menschlicher Influenzaviren mit Pandemiepotential geben. Das natürliche Auftreten eines anderen Pandemievirus wird von vielen Experten als sehr wahrscheinlich angesehen. Daher können und tragen Einblicke in pathogene Mechanismen zur Entwicklung prophylaktischer und therapeutischer Interventionen bei, die zur Vorbereitung auf zukünftige Pandemieviren erforderlich sind.
Was sind die Gründe für diese Experimente?
Die Influenzapandemie von 1918-19 tötete weltweit schätzungsweise 50 Millionen Menschen, viel mehr als die nachfolgenden Pandemien des 20. Jahrhunderts. Die biologischen Eigenschaften, die pandemischen Influenzaviren Virulenz verleihen, sind traditionell nicht gut verstanden und erfordern weitere Untersuchungen. Forschungen, um besser zu verstehen, wie die einzelnen Gene des pandemischen Influenzavirus 1918 zum Krankheitsprozess beitragen, liefern wichtige Einblicke in die Grundlagen der Virulenz. Diese Art von Informationen hat den Gesundheitsbehörden geholfen, geeignete Strategien für eine frühzeitige Diagnose, Behandlung und Prävention zu entwickeln, falls ein ähnliches Pandemievirus auftritt. Darüber hinaus informiert diese Forschung über die Entwicklung allgemeiner Prinzipien, mit denen wir antivirale Medikamente und andere Interventionen gegen alle Influenzaviren mit erhöhter Virulenz besser entwickeln können.
Wer hat die in diesem Artikel beschriebene Arbeit finanziert?
Die Arbeit mit dem rekonstruierten Virus von 1918 wurde bei CDC durchgeführt und von dieser unterstützt. Das US-Landwirtschaftsministerium (USDA), die National Institutes of Health (NIH) und das Armed Forces Institute of Pathology (AFIP) unterstützten viele andere Aspekte dieser Forschung.
Wann begann CDC mit der Erforschung des Virus von 1918?
CDC-Studien zum Influenzavirus von 1918 wurden 2004 mit der Einleitung von Tests von Viren begonnen, die Teilmengen der acht Gene des Virus von 1918 enthielten. Frühere Artikel, die die Eigenschaften solcher Viren beschreiben, wurden vor 2005 veröffentlicht. Die Rekonstruktion des gesamten Virus von 1918 wurde im August 2005 begonnen.
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Könnte ein 1918-ähnliches H1N1-Virus wieder auftauchen und erneut eine Pandemie auslösen?
Es ist unmöglich, die Entstehung einer zukünftigen Pandemie, einschließlich eines 1918-ähnlichen Virus, mit Sicherheit vorherzusagen. Pandemien treten auf, wenn ein Influenzavirus auftritt, gegen das in der menschlichen Bevölkerung nur eine geringe oder keine Immunität besteht. Es wird jedoch allgemein angenommen, dass eine Pandemie von 1918 aufgrund des Aufkommens von Impfstoffen zur Vorbeugung von Grippe, der derzeit von der FDA zugelassenen antiviralen Influenza-Medikamente und des bestehenden globalen Influenza-Überwachungssystems, das von der Weltgesundheitsorganisation unterhalten wird, weniger schwerwiegend wäre.
Sind aktuelle Virostatika und Impfstoffe gegen das H1N1-Virus von 1918 wirksam?
Ja. Es wurde gezeigt, dass Oseltamivir (Tamiflu® oder Generikum) gegen ähnliche Influenza A (H1N1) -Viren wirksam ist, und es wird erwartet, dass es gegen das H1N1-Virus von 1918 wirksam ist. Andere antivirale Medikamente (Zanamivir, Peramivir und Baloxavir) wurden nicht gegen dieses spezifische Virus getestet, es wird jedoch erwartet, dass sie ebenfalls wirksam sind. Impfstoffe, die 1918 HA oder andere H1 HA-Proteine vom Subtyp enthielten, schützten Mäuse wirksam gegen das H1N1-Virus von 1918. Es wird erwartet, dass die Impfung mit aktuellen saisonalen Influenza-Impfstoffen beim Menschen einen gewissen Schutz bietet, da saisonale Influenza-Impfstoffe bei Mäusen einen gewissen Schutz gegen das H1N1-Virus von 1918 bieten.
Sind neue Prophylaktika und Therapeutika im Gange, die gegen das Virus von 1918 wirksam sein könnten?
Wissenschaftler arbeiten weiterhin an der Entwicklung neuer Virostatika, die möglicherweise gegen ein 1918-ähnliches Virus wirksam sind. Die Rekonstruktion des H1N1-Pandemievirus von 1918 und nachfolgende Studien zeigten, dass die Polymerasegene von 1918 zur effizienten Replikation des Pandemievirus beitragen. Diese Erkenntnis identifizierte einen wichtigen Virulenzfaktor bei der Untersuchung der Influenza, der nun für die Entwicklung antiviraler Verbindungen vorgesehen ist. Daher versprechen neue Polymerasehemmer, die klinischen Behandlungsoptionen gegen Influenzavirusinfektionen in Zukunft zu erweitern.
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Vorsichtsmaßnahmen für die biologische Sicherheit
War die Öffentlichkeit durch die Experimente mit diesem Virus gefährdet?
Die in diesem Bericht beschriebenen Arbeiten wurden unter Anwendung strenger Vorsichtsmaßnahmen in Bezug auf biologische Sicherheit und Biosicherheit durchgeführt, um Arbeitnehmer und die Öffentlichkeit vor einer möglichen Exposition gegenüber diesem Virus (z. B. vor einer versehentlichen Freisetzung des Virus in die Umwelt) zu schützen. Das in diesen Experimenten verwendete Virus von 1918 wurde seitdem bei CDC zerstört und stellt kein anhaltendes Risiko für die Öffentlichkeit dar.
Welche Vorsichtsmaßnahmen für die biologische Sicherheit und die biologische Sicherheit zum Schutz der Laboranten und der Öffentlichkeit waren während dieser Arbeiten getroffen worden?
Vor Beginn der Experimente wurden zwei Stufen der internen CDC-Zulassung durchgeführt: eine Überprüfung durch das Institutional Biosafety Committee und eine Überprüfung durch das Animal Care and Use Committee. Alle Viren, die ein oder mehrere Gensegmente des Influenzavirus von 1918 enthielten, wurden gemäß den Richtlinien zur biologischen Sicherheit der vorläufigen CDC-NIH-Empfehlung zur Erhöhung der Laborarbeit im Bereich der biologischen Sicherheit mit nicht zeitgemäßen menschlichen Influenzaviren erzeugt und behandelt. Obwohl das Virus von 1918 zum Zeitpunkt der Durchführung dieser Arbeiten nicht als Select Agent ausgewiesen war, wurden alle Verfahren unter Verwendung der vom CDC Select Agent-Programm vorgeschriebenen erhöhten Biosicherheitselemente durchgeführt. Das Intra-Governmental Select Advisory Agents und Toxins Technical Advisory Committee empfahl, das rekonstruierte Influenzavirus von 1918 am 30. September 2005 in die Liste der HHS-Select Agents aufzunehmen. Auf diese Empfehlung hin änderte CDC seine Vorschriften und benannte alle rekonstruierten replikationskompetenten Formen des 1918 pandemisches Influenzavirus, das einen beliebigen Teil der kodierenden Regionen aller acht Gensegmente (rekonstruiertes Influenzavirus von 1918) als selektives Mittel enthält.
Was sind die geeigneten Biosicherheitspraktiken und Sicherheitsbedingungen für die Arbeit mit dem Influenzastamm von 1918?
Für die Arbeit mit dem Stamm 1918 werden Praktiken, Verfahren und Einrichtungen der Biosicherheitsstufe 3 oder Tier-Biosicherheitsstufe 3 sowie Verbesserungen empfohlen, die spezielle Verfahren umfassen (siehe nächste Frage unten). Es gibt vier Biosicherheitsstufen, die dem von der Forschung ausgehenden Risiko entsprechen und abgestufte Schutzstufen für Personal, Umwelt und Gesellschaft beinhalten. Biosicherheitsstufe 4 bietet die strengsten Sicherheitsbedingungen, Biosicherheitsstufe 1 die am wenigsten strengen. Diese Biosicherheitsstufen bestehen aus einer Kombination von Laborpraktiken und -techniken, Sicherheitsausrüstung und Laboreinrichtungen, die für die durchgeführten Operationen geeignet sind. Die spezifischen Kriterien für jede Biosicherheitsstufe sind in der CDC / NIH-Veröffentlichung Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories aufgeführt.
Was ist Biosicherheitsstufe 3 "verbessert"? Was sind die spezifischen Verbesserungen, die für die Arbeit mit dem Influenzastamm von 1918 verwendet werden?
Eine Biosafety Level 3-Einrichtung mit spezifischen Verbesserungen umfasst primäre (Sicherheitsschränke, Isolationskammern, Handschuhe und Roben) und sekundäre (Anlagenbau, HEPA-Filtrationsbehandlung von Abluft) Barrieren, um Laborarbeiter und die Öffentlichkeit vor versehentlicher Exposition zu schützen. Die spezifischen zusätzlichen ("erweiterten") Verfahren, die für die Arbeit mit dem Stamm von 1918 verwendet werden, umfassen:
- Strenge Einhaltung zusätzlicher Protokolle zum Schutz der Atemwege und zum Wechseln der Kleidung;
- Verwendung von Unterdruck-, HEPA-gefilterten Atemschutzgeräten oder positiven Luftreinigungs-Atemschutzgeräten (PAPRs);
- Verwendung der HEPA-Filtration zur Behandlung von Abluft; und
- Änderung der Personalpraktiken, um persönliche Duschen vor dem Verlassen des Labors einzubeziehen.
Weitere Einzelheiten zu den Empfehlungen zur biologischen Sicherheit für die Arbeit mit verschiedenen Influenzaviren beim Menschen und bei Tieren, einschließlich des Virus von 1918, finden Sie in den vorläufigen CDC / NIH-Leitlinien für solche Arbeiten in der vorläufigen CDC-NIH-Empfehlung zur Erhöhung der Biosicherheitslaborarbeit mit nicht zeitgemäßer menschlicher Influenza Viren.
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Wie wurden diese Experimente sicher unter Verwendung von Containment durchgeführt, das von BSL-3 mit Verbesserungen bereitgestellt wurde?
Hochqualifizierte Laboranten arbeiteten mit dem Influenzavirusstamm von 1918 sicher unter Verwendung von BSL-3-verstärktem Containment. Die CDC-Forscher erhalten spezielle Schulungen und durchlaufen einen strengen Prozess zur Freigabe der biologischen Sicherheit (und Sicherheit). Für die im Wissenschaftsartikel gemeldete Arbeit übermittelte der leitende CDC-Forscher den CDC-Managementbeamten, einschließlich des Chief Science Officer der Agentur, wöchentlich routinemäßige schriftliche Berichte und wurde angewiesen, die Beamten der Agentur unverzüglich über Bedenken hinsichtlich der biologischen Sicherheit oder der Biosicherheit zu informieren.
Eine BSL-3-Einrichtung mit spezifischen Verbesserungen umfasst primäre (Sicherheitsschränke, Isolationsschränke, Handschuhe, Roben) und sekundäre (Anlagenbau) Barrieren, um Laborarbeiter und die Öffentlichkeit vor versehentlicher Exposition zu schützen. Zu den spezifischen Verbesserungen gehören Anforderungen an das Wechseln der Kleidung und das Duschen sowie die Verwendung eines motorbetriebenen Luftreinigungs-Beatmungsgeräts (PAPR; Half Body Suits). Die primären und sekundären Barrieren sowie zusätzliche persönliche Sicherheitspraktiken bieten eine angemessene Eindämmung für die Durchführung einer solchen Influenzaforschung. CDC bewertete die durchzuführenden spezifischen Studien sowie das sehr erfahrene wissenschaftliche Team, das die Forschung durchführte, und kam zu dem Schluss, dass diese Arbeit unter BSL-3-Eindämmung mit Verbesserungen fortgesetzt werden könnte.
Warum wurde BSL-3-verstärktes Containment für die Arbeit am H1N1-Virus von 1918 verwendet, wenn die meisten menschlichen Influenzaviren des H1N1-Subtyps unter einem viel weniger strengen Containment behandelt werden?
Die geeigneten Maßnahmen zur biologischen Sicherheit bei der Behandlung eines bestimmten Pathogens hängen von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich früherer Erfahrungen mit dem Pathogen oder ähnlichen Pathogenen, der Virulenz und Übertragbarkeit des Pathogens, der Art des Experiments und der Verfügbarkeit wirksamer Impfstoffe und / oder antimikrobieller Arzneimittel gegen den Erreger. Vor der Rekonstruktion des Virus von 1918 bewertete CDC die durchzuführenden spezifischen Studien sorgfältig und kam zu dem Schluss, dass diese Forschung unter BSL-3-verstärktem Containment sicher durchgeführt werden kann. Alle Viren, die ein oder mehrere Gensegmente aus dem Influenzavirus von 1918 enthielten, wurden unter Laborbedingungen mit hohem Sicherheitsgehalt (BSL 3-verstärkt) gemäß den Richtlinien von NIH und CDC erzeugt und gehandhabt. Die Empfehlungen für die biologische Sicherheit werden von einer Expertengruppe abgegeben und strikt befolgt.
Ein höheres Maß an Eindämmung (Biosicherheitsstufe 4) wird für Arbeiten an neuartigen oder exotischen Krankheitserregern verwendet, für die es keine Behandlung oder keinen Impfstoff gibt. Dies ist beim Virus von 1918 nicht der Fall. Nachkommen des Influenzavirus von 1918 sind noch heute im Umlauf, und aktuelle saisonale Influenza-Impfstoffe bieten einen gewissen Schutz gegen das Virus von 1918. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass zwei Arten von antiviralen Arzneimitteln, Rimantadin (Flumadin) und Oseltamivir (Tamiflu® oder Generikum), gegen ähnliche Influenza A (H1N1) -Viren wirksam sind und voraussichtlich gegen das H1N1-Virus von 1918 wirksam sind. Andere antivirale Mittel (Zanamivir, Peramivir und Baloxavir) wurden nicht gegen dieses spezifische Virus getestet, es wird jedoch erwartet, dass sie ebenfalls wirksam sind.
Das physikalische und technische Design des BSL-3-verstärkten Containments ist dem in BSL-4-Labors verwendeten sehr ähnlich. Das BSL-3-Labor verfügt außerdem über eine hochmoderne gerichtete Luftstromregelung, die die ausströmende Luft filtert. Alle Abfälle werden vor dem Verlassen des Arbeitsbereichs autoklaviert oder dekontaminiert, um das Entweichen von Infektionserregern zu verhindern.
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Biosicherheitsprobleme
Hat die Erzeugung des spanischen Influenzapandemievirus von 1918, das die vollständige Kodierungssequenz der acht viralen Gensegmente enthält, gegen das Übereinkommen über biologische Waffen verstoßen?
Nein. Artikel I des Übereinkommens über biologische Waffen (BWC) ermöglicht speziell mikrobiologische Forschung zu prophylaktischen, schützenden oder anderen friedlichen Zwecken. Artikel X des BWC fördert den „größtmöglichen Austausch von… wissenschaftlichen und technologischen Informationen“für die Verwendung biologischer Arbeitsstoffe zur Vorbeugung von Krankheiten und anderen friedlichen Zwecken. Ferner sieht Artikel X des BWC vor, dass das BWC die technologische Entwicklung im Bereich friedlicher bakteriologischer Aktivitäten nicht behindern darf. Da das Auftreten eines weiteren Pandemievirus als wahrscheinlich, wenn nicht unvermeidlich angesehen wird, kann die Charakterisierung des Virus von 1918 es uns ermöglichen, die potenzielle Bedrohung durch neue Influenzavirusstämme zu erkennen, und es wird Aufschluss über die erforderlichen prophylaktischen und therapeutischen Gegenmaßnahmen geben Pandemieviren zu kontrollieren.
Hat der Bericht eine „Blaupause“für Bioterroristen geliefert, um eine verheerende Pandemie auf der Welt zu entwickeln und auszulösen?
Nein. Dieser Bericht enthält nicht die Blaupause für Bioterroristen, um einen pandemischen Influenzastamm zu entwickeln. Das Reverse-Genetik-System, mit dem das Virus von 1918 erzeugt wurde, ist eine weit verbreitete Labortechnik. Zwar gibt es Bedenken, dass dieser Ansatz möglicherweise zum Zwecke des Bioterrorismus missbraucht werden könnte, doch bietet der Austausch dieser Informationen mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auch klare und erhebliche potenzielle Vorteile: Erleichterung der Entwicklung wirksamer Interventionen und damit Stärkung der öffentlichen Gesundheit und der nationalen Sicherheit.
Ist das Influenzavirus von 1918 ein ausgewähltes Mittel?
Das technische Beratungsgremium für regierungsinterne ausgewählte Wirkstoffe und Toxine trat am 30. September 2005 zusammen und empfahl, das rekonstruierte Influenzavirus von 1918 in die Liste der ausgewählten HHS-Wirkstoffe aufzunehmen. Im Anschluss an diese Empfehlung änderte CDC seine Vorschriften und bezeichnete alle rekonstruierten replikationskompetenten Formen des pandemischen Influenzavirus von 1918, die einen Teil der kodierenden Regionen aller acht Gensegmente (rekonstruiertes Influenzavirus von 1918) enthalten, als selektives Mittel.
Was ist das Select Agent-Programm?
Die Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) regeln den Besitz, die Verwendung und den Transfer ausgewählter Wirkstoffe und Toxine, die eine ernsthafte Gefahr für die öffentliche Gesundheit und Sicherheit darstellen können. Das CDC Select Agent-Programm überwacht diese Aktivitäten und registriert alle Laboratorien und anderen Einrichtungen in den Vereinigten Staaten von Amerika, die ein Select Agent oder Toxin besitzen, verwenden oder übertragen.
Die US-amerikanischen Ministerien für Gesundheit und menschliche Dienste (HHS) und Landwirtschaft (USDA) veröffentlichten endgültige Regeln für den Besitz, die Verwendung und den Transfer ausgewählter Wirkstoffe und Toxine (42 CFR Part 73, 7 CFR Part 331 und 9 CFR Part 121) in Das Bundesregister vom 18. März 2005. Alle Bestimmungen dieser Schlussbestimmungen ersetzen die Bestimmungen der vorläufigen Schlussbestimmungen und sind am 18. April 2005 in Kraft getreten.
