Стафилококковый энтеротоксин В (SEB)

Условные названия и военные шифры: Вещество PG, Staphylococcal enterotoxin B, SEB, SE, PG, PG2, UC.

Общая характеристика. Стафилококковый энтеротоксин В (SEB) — один из семи экзотоксинов, вырабатываемых бактерией золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus). Состоит из 239 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 28 кД. SEB — относится к энтеротоксинам и вызывает у человека явления острого энтероколита. Является частым виновником бытовых пищевых отравлений испорченными мясными и молочными продуктами.

Попав в организм, стафилококковый энтеротоксин проявляет свойства суперантигена, заставляя иммунную систему производить в больших количествах цитокины — интерлейкин-6, γ-интерферон, фактор некроза опухоли и др. В частности, симптомы острого энтероколита обусловлены высвобождением гистамина и лейкотриена из тучных клеток.

Физико-химические свойства. Очищенный SEB представляет собой белоснежный гигроскопичный порошок, хорошо растворимый в воде. SEB относительно устойчив к внешним воздействиям, не теряет токсичности при кипячении в течение получаса. Водные растворы с pH 4–10 достаточно стабильны при комнатной температуре. Лиофилизированный порошок может храниться более года при 4°С. На почве разрушается менее чем за два часа[29].

Стойкость SEB к внешним воздействиям, теоретически может быть использована для получения гибридных токсинов с новыми необычными характеристиками. Так, в работе J.B. Tucker и C. Hooper (2006) обсуждается возможность получения методами генной инженерии нового токсина, сочетающего стабильность SEB с высокой летальностью ботулинического токсина[23].

Присутствие аэрозоля SEB в воздухе очень сложно определить, так как он не имеет ни цвета, ни запаха, и поэтому SEB считался одним из наиболее подходящих несмертельных табельных ОВ для скрытого применения[19].

История разработки и применения

Задолго до того, как SEB был принят на вооружение в начале 60-х годов, он применялся разведывательными службами США для обеспечения диверсионных операций, которые требовали кратковременной, до нескольких суток, нейтрализация противника. Для того чтобы вывести человека из строя на более длительный срок, в арсенале американских спецслужб имелись венесуэльский энцефаломиелит лошадей (VEE) и бруцеллез.

Стенли Ловелл (Stanley Lovell), возглавлявший отделение исследований и разработок ОСС в годы Второй мировой войны, в своих мемуарах упоминает о случае применении SEB, с целью вывести и строя и не допустить присутствия на важной экономической конференции немецкого рейхсминистра Ялмара Шахта (Hjalmar Schacht), считавшегося личным банкиром Гитлера[3,10]. Вероятно, разведывательные службы США применяли SEB в Касабланке для нейтрализации на несколько часов немецкой агентуры, в преддверии высадки Союзников в Северной Африке в 1942 году. Таким способом они пытались парализовать работу германской шпионской сети, чтобы выиграть время[16]. Во время Карибского кризиса в октябре 1962 года США рассматривали возможность применения коктейля из стафилококкового энтеротоксина (SEB) и вируса венесуэльского энцефалита лошадей (VEE) в ходе операции по вторжению на Кубу[12].

В 1969 году в Бактериологическом центре Армии США в Форт-Детрике (штат Мэриленд) проводились испытания на приматах комбинации SEB и возбудителя туляремии (Francisella tularensis)[24].

Производство. Для производства SEB использовались 150-литровые промышленные ферментаторы[29]. При культивировании штамма 10-275 выход SEB составлял 0,5 грамма токсина на 1 литр культуральной жидкости[15]. Цикл выращивания живой культуры длился 10 часов. Промышленные мощности по производству SEB в Пайн-Блаффе (штат Арканзас) позволяли получать до 272 кг сухой формы в месяц, в 2 раз больше, чем США могли производить токсина ботулизма[13].

Авиационный аэрозольный распылитель A/B 45Y-4
способен рассеять в атмосфере более 100 кг сухого SEB

Схема стандартного промышленного
ферментатора

В 1968 году в ходе боевых учений ВВС США над атоллом Эниветок (Маршалловы Острова) было проведено распыление 95 кг аэрозоля SEB над участком площадью 2400 квадратных километров. Для оценки эффективности были использованы размещенные на судах лабораторные животные, в том числе обезьяны. В результате испытаний было поражено 30% животных[13].

SEB получил высокую оценку армии и правительства США. В отчете для Совета национальной безопасности, подготовленном в 1970 году, отмечалось, что

«похоже, ни один синтетический химический инкапаситант не обладает столь же многообещающими характеристиками и ни один другой инкапаситант, находящийся на стадии НИОКР в настоящее время, не проходил такие эксплуатационные испытания»[13].

В 1969 году президент Р. Никсон призвал отказаться от разработки и производства биологического оружия в пользу ядерного оружия. «Если мы не будем применять этих чёртовых микробов, так какой толк от биологического оружия как средства сдерживания? Если кто-то выпустит на нас микробов, бабахнем по ним ядерной бомбой» — заявлял Р. Никсон[25]. К 1972 году все запасы биологического оружия в США, в том числе и SEB, были уничтожены.

Франция. В 1962–1964 годах исследованием аэрозольной формы SEB как потенциального наступательного биологического оружия занимались во Франции в Военной научно-исследовательской ветеринарной лаборатории в Мезон-Альфор (LMRV). Помимо SEB, здесь также велись работы и с другими биологическими агентами* несмертельного действия[14].

СССР. Работы по изучению стафилококкового токсина велись в Военно-биологическом институте Загорск-6 (в/ч 44026) под руководством генерала А. А. Воробьева, но на вооружение он так и не был принят[11].

Ирак. В Ираке проявляли слабый интерес к SEB, предпочитая более смертоносные микроорганизмы, поэтому окончательный выбор был сделан в пользу клостридиального токсина газовой гангрены (Clostridium perfringens).

Биотерроризм. Стафилококковый энтеротоксин B иногда относят к потенциальным агентам биотерроризма из-за простоты получения исходной культуры, наличия латентного периода и трудности в определении естественного или умышленного характера вспышки заболеваемости. Действительно, половина всех клинических штаммов Staphylococcus aureus изолированных посевом мазков из носа, подмышечных впадин и анальной области способны вырабатывать токсин[9]. Но, как и большинство видов токсинного оружия, культуру SEB относительно просто получить, но крайне сложно изготовить и применять в качестве биологического агента. Кен Алибек, бывший заместитель руководителя НПО «Биопрепарат», в своей книге «Biohazard» писал:

«Пробирки с наиболее смертоносными культурами не могут служить наступательным вооружением до тех пор, пока не удастся сделать поведение бактерий стабильным и предсказуемым. Технология производства микроорганизмов — вот что является оружием в полном смысле этого слова»[28].

Подтверждением этому может служить провалившаяся попытка японской секты АУМ Синрикё убить принца Нарухито с помощью аэрозоля ботулотоксина в 1993 году. А всего АУМ Синрикё провели 10 биологических атак с применением ботулотоксина и спор сибирской язвы и все они закончились полным провалом[27].

Токсичность SEB при различных путях введения

По данным SIPRI (1973), cредняя выводящая из строя концентрация при вдыхании аэрозоля (ICt₅₀) — 0,5 мг·мин/м³, в 400 раз ниже среднесмертельной (LC₅₀) — 200 мг·мин/м³[20]. По другим данным, при парентеральном введении смертельная доза всего в 50 раз выше выводящей из строя, соответственно ID₅₀ — 0,0004 мкг/кг и LD₅₀ — 0,02 мкг/кг[4]. Летальность при поражении веществом SEB не превышает 5%. В тяжелых случаях смерть наступает от отека легких[1]. Такой уровень токсичности не соответствует современным требованиям, предъявляемым к нелетальному биологическому оружию.

В эксперименте на добровольцах, при приеме внутрь SEB в дозе 0,02–0,025 мг вызывал рвоту и диарею после 2–5 часовой задержки[20]. В 1967 году ученые из биологической группы Пагуошского движения подсчитали что для того, чтобы вызывать массовое отравление достаточно выпить полстакана воды из резервуара емкостью 5000 тонн, в который добавлено 0,5 кг сальмонеллезного токсина, или 5 кг ботулотоксина, или 7 кг SEB[18]. Вероятно, эти данные взяты без учета хлорирования питьевой воды, которое значительно снижает эффективность такого способа диверсионного применения токсинов.

Выводящая из строя доза (ED₅₀) при попадании в глаза оценивается в 0,002 мг, а при накожной аппликации — 0,84 мг[5].

Клиническая картина отравления

Пищевое отравление. Клиническая картина отравления зависит от пути проникновения токсина в организм. При попадании в организм с пищей SEB вызывает тошноту, многократную рвоту, спастические боли в животе без четкой локализации, частый водянистый стул, общую слабость. Потеря жидкости с диареей и рвотой может вызывать обезвоживание организма. Повышение температуры отмечается только в четверти случаев. Со стороны сердечно-сосудистой-системы отмечаются тахикардия и гипотония. Через сутки, как правило, наступает выздоровление.

Ингаляционное поражение. Основными проявлениями интоксикации при ингаляционном поражении являются нарушения со стороны дыхательной системы и общетоксический синдром. Через 3–4 часа после вдыхания аэрозоля у человека появляется тяжелый, изнуряющий кашель, сопровождающийся сильной одышкой, усиливающейся в положении лежа. Очень часто одышка сопровождается болями в груди. Отравление сопровождается сильнейшим ознобом, головной болью, и болями в мышцах. Температура может повышаться до 41°С. При ингаляционном поражении желудочно-кишечные симптомы выражены значительно слабее, чем при пищевом отравлении. У большинства отравленных отмечались тошнота и потеря аппетита, и только в половине случаев наблюдалась кратковременна рвота. Диареи не было ни у кого из пострадавших. Обычно выздоровление наступает на 3–4 сутки, кашель может беспокоить до 4-х недель. Воздействие высоких концентраций SEB может привести к развитию септического шока и острого респираторного дистресс-синдрома[4,8] .

SEB способен проникать через неповрежденный эпителий[7]. При попадании аэрозоля SEB в глаза развивается конъюнктивит, сопровождающийся воспалением век и в ряде случаев желудочно-кишечными расстройствами[5].

Средства применения

Некоторые из описанных ниже средств доставки и рассеивания SEB были экспериментальными прототипами.

• Распылитель сухих биологических агентов E41R2, использовал в качестве пропеллента углекислый газ. Закупался в ограниченном количестве Армией США в 1964 году.
• Авиационный аэрозольный распылитель TMU-38/A
• Авиационный аэрозольный распылитель A/B 45Y-4
• Не исключалось использование SEB в кластерных бомбах, боеголовках тактических ракет класса «земля-земля» и других видах вооружения[20].
• Средства диверсионного применения, такие как специальное снаряжение M5 или другие устройства «Большой пятерки».

Лечение поражений

Рекомендуется симптоматическая терапия. При ингаляционном поражении увлажненный кислород, декстрометорфан и кодеин для подавления кашлевого рефлекса, парацетамол при миалгии и гипертермии, прохлорперазин и дифенгидрамин при рвоте. Перспективным может оказаться применение антифиброзных препаратов, таких как пирфенидон (Pirfenidone). При развитии острого респираторного дистресс-синдрома или отеке легких не рекомендуется применение стероидов[6].

Работы над созданием антистафилококковой вакцины в США ведутся с начала 60–х годов, но до настоящего времени коммерческие образцы так и не были выпущены.

Дезактивация

SEB представляет собой водорастворимый белок и поэтому легко удаляется с тела, одежды и поверхностей с помощью обычных моющих средств.

Определение

Токсин обнаруживается с помощью иммуноферментного анализа (ИФА), хемилюминисценции (ХЛ) и полимеразной цепной реакции (ПЦР) и других более современных методов.

Для определения SEB в полевых условиях в США была разработана переносная аналитическая система идентификации (MANTIS©) — полностью автоматизированная система на основе опто-волоконного биосенсора, способная с высокой точностью определять присутствие SEB в образцах начиная с концентрации 5 нг/мл[30]. Дальнейшим развитием этого направления стал биосенсор RAPTOR© с увеличенной до 1 нг/мл чувствительностью и скоростью определения 3–10 минут[31]. Однако даже такого уровня чувствительности может оказаться недостаточно, так как описаны случаи отравления при содержании в продуктах SEA в концентрации около 0,5 нг/мл[32].

8-канальная система биоанализа BioHawk©

Портативный автоматический биосенсор RAPTOR©

Одна из наиболее продвинутые моделей из доступных сегодня — BioHawk©, предназначенная для мониторинга аэрозолей биологических агентов, токсинов, ВВ и химических загрязнителей, способна обнаружить SEB в концентрации 0,1–0,5 нг/мл. Результат доступен через 10–20 минут[33].