Indholdsfortegnelse:

At arbejde med farlige vira lyder som problemer - men her er, hvad forskere lærer af at studere patogener i sikre laboratorier
At arbejde med farlige vira lyder som problemer - men her er, hvad forskere lærer af at studere patogener i sikre laboratorier
Anonim
Mikrober er overalt - og de er ikke alle venlige. spawns/E+ via Getty Images

Jerry Malayer, Oklahoma State University

Der er omkring 1.400 kendte menneskelige patogener - vira, bakterier, svampe, protozoer og helminths, der kan forårsage en persons skade eller død. Men i en verden med en billion individuelle arter af mikroorganismer, hvor forskere kun har talt én tusindedel af én procent, hvor sandsynligt er det, at forskere har opdaget og karakteriseret alt, der kan true mennesker?

Ikke særlig sandsynligt overhovedet. Og der er meget at vinde ved at kende disse mikroskopiske fjender bedre.

Så selvom det i det daglige giver mening at undgå disse farlige mikroorganismer, er forskere som mig motiverede til at studere dem tæt på og personligt for at lære, hvordan de virker. Vi vil selvfølgelig gerne gøre det på en så sikker måde som muligt.

Jeg har arbejdet i bioindeslutningslaboratorier og har publiceret videnskabelige artikler om både bakterier og vira, herunder influenza og SARS-CoV-2 coronavirus. Her på Oklahoma State University studerer 10 forskergrupper i øjeblikket patogener i biosikre laboratorier. De identificerer genetiske variationer af vira og bakterier og studerer, hvordan de opererer i celler i deres værter. Nogle er ved at udrede, hvordan værtens immunsystem reagerer på disse angribere og påvirkes af såkaldte følgesygdomme som fedme, diabetes eller høj alder. Andre undersøger, hvordan man kan opdage og eliminere patogener.

Denne form for forskning, for at forstå, hvordan patogener forårsager skade, er afgørende for human- og veterinærmedicin samt sundheden for pattedyr, fugle, fisk, planter, insekter og andre arter over hele kloden.

Forvarslet er forbevæbnet

Tænk på alle videnskabsmænd har lært i det seneste århundrede om, hvordan man forebygger sygdomme baseret på forståelse af, hvilken mikroorganisme der er ansvarlig, hvor den er i miljøet, og hvordan den overvinder menneskers naturlige forsvar.

At forstå, hvad disse organismer gør, hvordan de gør det, og hvordan de spredes, hjælper forskere med at udvikle foranstaltninger til at opdage, afbøde og kontrollere deres ekspansion. Målet er at kunne helbrede eller forebygge den sygdom, de forårsager. Jo farligere patogenet er, jo mere presserende skal forskerne forstå det.

Det er her, laboratorieforskning kommer ind.

Forskere har grundlæggende spørgsmål om, hvordan et patogen opfører sig. Hvilket maskineri bruger det til at komme ind i en værtscelle og replikere? Hvilke gener aktiverer det for at lave hvilke proteiner? Denne form for information kan bruges til at udpege strategier til at eliminere patogenet eller føre til sygdomsbehandlinger eller vacciner.

Efterhånden som biblioteket med, hvad der er kendt om patogener, vokser, er der større chance for, at forskere kan anvende noget af den viden, når de står over for et patogen på vej.

Folk kan støde på nye patogener, når de bevæger sig ind i forskellige dele af verden, eller ændre økosystemer. Nogle gange tilpasser et patogen sig til en ny vektor - hvilket betyder, at det kan bæres af en anden organisme - så det kan spredes til nye områder og inficere nye populationer. Omtrent 70 % af nye smitsomme sygdomme rundt om i verden overføres via dyr til mennesker; disse kaldes zoonotiske sygdomme. Det er afgørende at forstå, hvordan disse veje fungerer, for selv at have en beskeden evne til at forudsige, hvad der kunne ske.

Selvom der er mønstre i naturen, der kan give spor, gør den enorme mangfoldighed af den mikrobielle verden og den hastighed, hvormed disse organismer udvikler nye strategier for deres eget forsvar og overlevelse, det bydende nødvendigt at studere og forstå hver enkelt, efterhånden som det bliver opdaget.

Kan denne forskning udføres sikkert?

Der er ikke sådan noget som nul risiko i nogen bestræbelser, men over mange år har forskere udviklet sikre laboratoriemetoder til at arbejde med farlige patogener.

Hver undersøgelse skal på forhånd dokumentere, hvad der skal laves, hvordan, hvor og af hvem. Disse beskrivelser gennemgås af uafhængige udvalg for at sikre, at planerne skitserer den sikreste måde at udføre arbejdet på. Der er uafhængig opfølgning af uddannede fagfolk inden for institutionen og i nogle tilfælde af U.S. Centers for Disease Control and Prevention, U.S.A. Department of Agriculture eller begge dele for at sikre, at forskere følger de godkendte procedurer og regler.

De, der arbejder med farlige patogener, overholder to sæt principper. Der er biosikkerhed, som refererer til indeslutning. Det inkluderer alle de tekniske kontroller, der holder forskerne og deres omgivelser sikre: lukkede, ventilerede arbejdsområder kaldet biosikkerhedsskabe, retningsbestemte luftstrømme og forrum til at kontrollere luftbevægelsen inde i laboratoriet. Særlige højeffektive partikelluftfiltre (HEPA) renser luften, der bevæger sig ind og ud af laboratoriet.

Vi holder os til god laboratoriearbejde, og alle klæder sig i personlige værnemidler, herunder kjoler, masker og handsker. Nogle gange bruger vi specielle åndedrætsværn til at filtrere den luft, vi indånder, mens vi er i laboratoriet. Derudover inaktiverer vi ofte det patogen, vi studerer - i det væsentlige adskiller det, så det ikke er funktionelt - og arbejder på stykkerne en eller nogle få ad gangen.

Så er der biosikkerhed, hvilket betyder de foranstaltninger, der er designet til at forhindre tab, tyveri, frigivelse eller misbrug af et patogen. De omfatter adgangskontrol, lagerkontrol og certificerede metoder til dekontaminering og bortskaffelse af affald. En del af disse sikkerhedsforanstaltninger er at holde detaljerne tæt på.

Forskersamfundet anerkender fire niveauer af biosikkerhedspraksis. Biosikkerhedsniveau-1 (BSL-1) og BSL-2 anvendes til generelle laboratorierum, hvor der er lav eller ingen risiko. De ville ikke arbejde med mikroorganismer, der udgør en alvorlig trussel mod mennesker eller dyr.

BSL-3 refererer til laboratorier, hvor der er høj individuel risiko, men lav samfundsrisiko, hvilket betyder, at der er et patogen, der kan forårsage alvorlig menneskelig sygdom, men behandlinger er tilgængelige. Det er den slags arbejde, mine kolleger og jeg, og mange læge- og veterinærskoler, vil udføre.

BSL-4 refererer til arbejde med patogener, der udgør en høj risiko for betydelig sygdom hos mennesker, dyr eller begge dele, som overføres mellem individer, og for hvilke en effektiv behandling muligvis ikke er tilgængelig. BSL-4-laboratorier er relativt sjældne, efter et skøn findes der kun omkring 50 i verden.

På hvert niveau kræver den øgede risiko stadig strengere forholdsregler for at holde arbejderne sikre og forhindre enhver utilsigtet eller ondsindet misbrug.

Hvad er i fare, hvis videnskaben ignorerer disse mikrober?

I de senere år har verden set udbrud af alvorlig sygdom forårsaget af flere typer patogener. Selv for de patogener, forskerne kender til, er meget stadig ukendt. Det er rimeligt at forvente, at der er flere trusler derude, der endnu ikke er opdaget.

Det er afgørende for forskere at studere nye sygdomspatogener i laboratoriet, efterhånden som de opdages, og at forstå, hvordan de bevæger sig fra vært til vært og påvirkes af betingelser; hvilke variationer udvikler sig over tid; og hvilke effektive kontrolforanstaltninger der kan udvikles. Ud over mere velkendte vira som rabies, West Nile-virus og Ebola, er der flere kritisk vigtige patogener, der cirkulerer i verden i dag, som udgør en alvorlig trussel. Hantavirus, dengue-virus, Zika-virus og Nipah-virus er alle under undersøgelse i forskellige laboratorier, hvor forskere arbejder på at forstå mere om, hvordan de overføres, udvikle hurtig diagnostik og producere vacciner og terapeutiske midler.

Mikroorganismer er den mest udbredte form for liv på planeten og ekstremt vigtige for menneskers sundhed og planters og dyrs sundhed. Generelt har folk tilpasset sig deres tilstedeværelse og omvendt. For de mikrober med evnen til at gøre reel skade, giver det mening at studere så mange, som videnskabsmænd kan nu, før den næste pandemi rammer.

Jerry Malayer, Associate Dean for Research and Graduate Education og professor i Fysiologiske Videnskaber ved College of Veterinary Medicine, Oklahoma State University

Populær af emne.