Ein Wissenschaftler, der eine Biosicherheitswerkbank benutzt. (Reptile8488/Getty Images) Es gibt ungefähr 1.400 bekannte menschliche Krankheitserreger – Viren , Bakterien, Pilze, Protozoen und Helminthen, die zu Verletzungen oder zum Tod einer Person führen können.
Aber in einer Welt mit eine Billion einzelne Arten von Mikroorganismen , wo Wissenschaftler nur gezählt haben ein Tausendstel Prozent , wie wahrscheinlich ist es, dass Forscher haben entdeckt und charakterisiert alles, was Menschen bedrohen könnte?
Überhaupt nicht sehr wahrscheinlich. Und wenn man diese mikroskopisch kleinen Feinde besser kennt, kann man viel gewinnen.
Auch wenn es im Alltag sinnvoll sei, diese gefährlichen Mikroorganismen zu meiden, sagen Wissenschaftler wie ich sind motiviert, sie aus nächster Nähe zu studieren, um zu erfahren, wie sie funktionieren. Natürlich wollen wir es so sicher wie möglich machen.
Ich habe in Biocontainment-Laboren gearbeitet und wissenschaftliche Artikel über Bakterien und Viren, einschließlich Influenza, veröffentlicht und das Coronavirus SARS-CoV-2 .
Hier an der Oklahoma State University untersuchen derzeit zehn Forschungsgruppen Krankheitserreger in biosicheren Labors. Sie identifizieren genetische Variationen von Viren und Bakterien und untersuchen, wie sie in den Zellen ihrer Wirte funktionieren.
Einige entwirren, wie das Immunsystem des Wirts auf diese Eindringlinge reagiert und von sogenannten Komorbiditäten der Fettleibigkeit betroffen ist. Diabetes oder fortgeschrittenes Alter. Andere erforschen, wie sich Krankheitserreger erkennen und beseitigen lassen.
Diese Art der Forschung, um zu verstehen, wie Krankheitserreger Schaden anrichten, ist für die Human- und Veterinärmedizin sowie für die Gesundheit von Säugetieren, Vögeln, Fischen, Pflanzen, Insekten und anderen Arten auf der ganzen Welt von entscheidender Bedeutung.
Vorgewarnt ist gewappnet
Denken Sie an alles, was Wissenschaftler im letzten Jahrhundert gelernt haben, wie man Krankheiten vorbeugen kann, indem man versteht, welcher Mikroorganismus dafür verantwortlich ist, wo er sich in der Umwelt befindet und wie er die natürlichen Abwehrkräfte des Menschen überwindet.
Das Verständnis darüber, was diese Organismen tun, wie sie es tun und wie sie sich ausbreiten, hilft Forschern bei der Entwicklung von Maßnahmen zur Erkennung, Eindämmung und Kontrolle ihrer Ausbreitung. Ziel ist es, die durch sie verursachte Krankheit heilen oder verhindern zu können. Je gefährlicher der Erreger, desto dringender müssen Wissenschaftler ihn verstehen.
Hier kommt die Laborforschung ins Spiel.
Wissenschaftler haben grundlegende Fragen zum Verhalten eines Krankheitserregers. Welche Maschinerie nutzt es, um in eine Wirtszelle einzudringen und sich zu vermehren? Welche Gene aktiviert es, um welche Proteine herzustellen? Diese Art von Informationen können verwendet werden, um Strategien zur Eliminierung des Krankheitserregers zu ermitteln oder zu Krankheitsbehandlungen oder Impfstoffen zu führen.
Da die Wissensdatenbank über Krankheitserreger wächst, besteht für Forscher eine größere Chance, einen Teil dieses Wissens anzuwenden, wenn sie mit einem neu auftretenden Krankheitserreger konfrontiert werden.
Menschen könnten auf neue Krankheitserreger stoßen, wenn sie in andere Teile der Welt ziehen oder Ökosysteme verändern. Manchmal passt sich ein Krankheitserreger an einen neuen Vektor an – das heißt, er kann von einem anderen Organismus übertragen werden – und kann sich so in neue Gebiete ausbreiten und neue Populationen infizieren. Etwa 70 Prozent der neu auftretenden Infektionskrankheiten auf der ganzen Welt werden durch Tiere auf Menschen übertragen; diese werden zoonotische Erkrankungen genannt.
Es ist wichtig zu verstehen, wie diese Wege funktionieren, um auch nur eine bescheidene Fähigkeit zu haben, vorherzusagen, was passieren könnte.
Zwar gibt es in der Natur Muster, die Hinweise liefern können, doch die enorme Vielfalt der mikrobiellen Welt und die Geschwindigkeit, mit der diese Organismen neue Strategien für ihre eigene Verteidigung und ihr Überleben entwickeln, machen es zwingend erforderlich, jedes einzelne zu studieren und zu verstehen, sobald es entdeckt wird.
Kann diese Forschung sicher durchgeführt werden?
Null Risiko gibt es bei keinem Unterfangen, doch über viele Jahre hinweg haben Forscher sichere Labormethoden für den Umgang mit gefährlichen Krankheitserregern entwickelt.
Jede Studie muss vorab dokumentieren, was wie, wo und von wem zu tun ist. Diese Beschreibungen werden von unabhängigen Ausschüssen überprüft, um sicherzustellen, dass in den Plänen die sicherste Art und Weise zur Ausführung der Arbeiten dargelegt wird.
Es gibt eine unabhängige Nachverfolgung durch geschulte Fachkräfte innerhalb der Einrichtung und in einigen Fällen durch die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten, das US-Landwirtschaftsministerium oder beide, um sicherzustellen, dass Forscher die genehmigten Verfahren und Vorschriften befolgen.
Diejenigen, die mit gefährlichen Krankheitserregern arbeiten halte dich an zwei Sätze von Grundsätzen . Es gibt biologische Sicherheit, die sich auf die Eindämmung bezieht. Es umfasst alle technischen Kontrollen, die die Sicherheit der Wissenschaftler und ihrer Umgebung gewährleisten: geschlossene, belüftete Arbeitsbereiche, sogenannte Biosicherheitsschränke, gerichtete Luftströme und Vorräume zur Steuerung der Luftbewegung im Labor. Spezielle hocheffiziente Partikelluftfilter (HEPA) reinigen die Luft, die in das Labor ein- und ausströmt.
Wir halten uns an gute Arbeitspraktiken im Labor und jeder trägt persönliche Schutzausrüstung, einschließlich Kittel, Masken und Handschuhe. Manchmal verwenden wir spezielle Atemschutzgeräte, um die Luft, die wir im Labor atmen, zu filtern. Darüber hinaus inaktivieren wir häufig den von uns untersuchten Krankheitserreger, indem wir ihn im Wesentlichen auseinandernehmen, sodass er nicht mehr funktionsfähig ist, und bearbeiten die einzelnen Teile einzeln oder nacheinander.
Dann gibt es noch die Biosicherheit, also die Maßnahmen, die den Verlust, Diebstahl, die Freisetzung oder den Missbrauch eines Krankheitserregers verhindern sollen. Dazu gehören Zugangskontrollen, Bestandskontrollen und zertifizierte Methoden zur Dekontamination und Entsorgung von Abfällen. Ein Teil dieser Sicherheitsmaßnahmen besteht darin, die Details geheim zu halten.
Biosicherheitsniveaus, die dadurch definiert werden, wie hoch das Risiko ist, das mit der Arbeit mit bestimmten Krankheitserregern verbunden ist. (Das Gespräch/CC BY-ND)
Die Forschungsgemeinschaft erkennt an vier Ebenen der Biosicherheitspraktiken . Die Biosicherheitsstufen 1 (BSL-1) und BSL-2 gelten für allgemeine Laborräume, in denen ein geringes bis gar kein Risiko besteht. Sie würden nicht mit Mikroorganismen arbeiten, die eine ernsthafte Gefahr für Menschen oder Tiere darstellen.
BSL-3 bezieht sich auf Laboratorien, in denen ein hohes individuelles Risiko, aber ein geringes Gemeinschaftsrisiko besteht, was bedeutet, dass ein Krankheitserreger vorhanden ist, der Krankheiten beim Menschen verursachen kann, aber nicht von Mensch zu Mensch übertragen wird und die Krankheit leicht behandelbar ist. Dies ist die Art von Arbeit, die meine Kollegen und ich sowie viele medizinische und veterinärmedizinische Fakultäten leisten werden.
BSL-4 bezieht sich auf die Arbeit mit Krankheitserregern, die ein hohes Risiko für schwere Krankheiten bei Menschen, Tieren oder beidem darstellen, die von Mensch zu Mensch übertragen werden und für die möglicherweise keine wirksame Behandlung verfügbar ist. BSL-4-Labore sind einer Schätzung zufolge relativ selten nur etwa 50 davon gibt es auf der Welt .
Auf jeder Ebene erfordert das erhöhte Risiko immer strengere Vorsichtsmaßnahmen, um die Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten und versehentlichen oder vorsätzlichen Missbrauch zu verhindern.
Was ist gefährdet, wenn die Wissenschaft diese Mikroben ignoriert?
In den letzten Jahren hat die Welt gesehen Ausbrüche schwerer Krankheiten verursacht durch verschiedene Arten von Krankheitserregern. Selbst über die Krankheitserreger, die den Wissenschaftlern bekannt sind, bleibt noch viel Unbekanntes. Es ist davon auszugehen, dass noch weitere Bedrohungen entdeckt werden müssen.
Für Wissenschaftler ist es von entscheidender Bedeutung, neue Krankheitserreger im Labor zu untersuchen, sobald sie entdeckt werden, und zu verstehen, wie sie von Wirt zu Wirt wandern und von Krankheiten beeinflusst werden. Welche Variationen entwickeln sich im Laufe der Zeit? und welche wirksamen Kontrollmaßnahmen entwickelt werden können.
Neben bekannteren Viren wie Tollwut, West-Nil Virus Und Ebola , es gibt mehrere äußerst wichtige Krankheitserreger die heute auf der Welt im Umlauf sind und eine ernsthafte Bedrohung darstellen. Hantaviren , Denguefieber , Zika-Virus und das Nipah-Virus werden alle in verschiedenen Labors untersucht, in denen Forscher daran arbeiten, mehr über ihre Übertragung zu erfahren, Schnelldiagnostika zu entwickeln und Impfstoffe und Therapeutika herzustellen.
Mikroorganismen sind die am häufigsten vorkommende Lebensform auf dem Planeten und äußerst wichtig für die menschliche Gesundheit sowie die Gesundheit von Pflanzen und Tieren. Im Allgemeinen haben sich die Menschen an ihre Anwesenheit angepasst und umgekehrt. Bei den Mikroben mit der Fähigkeit, echten Schaden anzurichten, ist es sinnvoll, vor dem nächsten so viele wie möglich zu untersuchen Pandemie Treffer. 
Jerry Malayer , stellvertretender Dekan für Forschung und Graduiertenausbildung und Professor für Physiologische Wissenschaften am College of Veterinary Medicine, Oklahoma State University .
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