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Letzte Aktualisierung: Son, 30. Sept 2001
Biologische Waffen im 21. Jahrhundert Dresden.
 Eine Tagung am 9. Juni 2001 in Dresden
Die gestiegene Bedrohung:
Offensivprogramme und Gentechnik
 Kathryn Nixdorff
Einleitung
Die meisten Mikroorganismen sind gutartig; sie bereichern unser Leben und sind sogar zum Teil für unsere Gesundheit und das Wohlbefinden essentiell. Einige Mikroorganismen können jedoch Infektionskrankheiten verursachen und werden biologische bzw. pathogene Agenzien genannt. Potentielle biologische Waffen sind unter den pathogenen Mikroorganismen zu finden, und werden in verschiedene Gruppen eingeordnet (Tabelle 1). Die Bakterien sind die kleinsten Lebewesen und besitzen eine relativ einfache Zellstruktur. Sie vermehren sich durch Zweiteilung. Rickettsien sind auch Bakterien, sie können sich jedoch nur in tierischen Zellen vermehren, da ihnen einige essentielle Zellstoffe fehlen, die sie von ihrer Wirtszelle aufnehmen können. Sie werden daher traditionell in eine Kategorie getrennt von den Bakterien platziert. Den Viren fehlt praktisch die gesamte biosynthetische Kapazität lebender Zellen, sie sind deshalb nicht als Lebewesen zu betrachten. Auch sie können sich nur in Zellen vermehren; ihre Nukleinsäuren dirigieren die Zellen, neue Viruspartikel zu produzieren [1]. Toxine sind keine Mikroorganismen, sondern giftige Substanzen, die von Lebewesen produziert werden. Toxine können sich nicht vermehren, und als potentielle Biowaffen werden sie wie chemische Kampfmittel eingesetzt. Sie sind jedoch z.T. viel giftiger als chemische Mittel. Das Botulinum-Toxin ist z.B. etwa zehntausendfach giftiger als das Nervengas VX [2].


Die Biologische und Toxinwaffenkonvention (BTWC) [3] war das erste internationale Übereinkommen, das eine ganze Klasse von Massenvernichtungswaffen verbannt hat. Der Artikel I der Konvention enthält umfassend formulierte Verbote für alle denkbaren Situationen:

Tabelle 1: Natürliche Biologische Agenzien
Bakterien
Bacillus anthracis (Milzbrand)
Yersinia pestis (Pest)
Francisella tularensis (Hasenpest)
Brucella spec. (Brucellose)
Vibrio cholera (Cholera)
Burkholderia mallei (Rotz)
Salmonella typhi

Rickettsien
Coxiella burnetti (Q-Fieber)
Rickettsia prowazekii (Fleckfieber)

Viren
Venezuelan equine encephalitis
Tickborne encephalitis
Russian Spring/Summer encephalitis
Congo-Crimea-Haemorrhagisches Fieber
Ebola
Gelbfieber
Pocken
Influenza

Toxine
Botulinum
Ricin
Staphylococcus enterotoxin B
Saxitoxin
Einige Mykotoxine


Jeder Vertragsstaat (...) verpflichtet sich,
(1) Mikrobiologische oder andere biologische Agenzien oder Toxine, ungeachtet ihres Ursprungs oder ihrer Herstellungsmethode, von Arten und in Mengen, die nicht durch Vorbeugungs-, Schutz- oder sonstige friedliche Zwecke gerechtfertigt sind (...)
niemals zu entwickeln, herzustellen, zu lagern oder in anderer Weise zu erwerben (...)

Diese umfassend formulierten Verbote bilden das sogenannte Grundsatzkriterium (General Purpose Criterion), das jede Beschäftigung mit biologischen Agenzien für nicht-friedliche Zwecke verbietet. Gleichzeitig erlaubt es jede Beschäftigung mit diesen Agenzien für friedliche Zwecke. Zum Zeitpunkt der Vereinbarung der BTWC wurden jedoch keine effektiven Verifikationsmaßnahmen in die Konvention inkorporiert, die eine Überprüfung der Vertragstreue ermöglichen könnten [4]. Dies lag zum Teil an den Schwierigkeiten bei Verhandlungen über solche Maßnahmen, aber auch an der falschen Vorstellung, dass biologische Waffen (BW) aus militärischer Sicht in ihrer Nutzbarkeit limitiert wären [5]. Biologische Waffen (speziell die Verursacher von Infektionskrankheiten) sind aufgrund ihrer Eigenschaften schwer einschätzbar; ihre Wirkungen können nicht so präzise wie bei anderen Waffenarten vorausgesagt werden und sie können leicht außer Kontrolle geraten.
B-Waffen-Programme seit der BTWC:
Irak
Zwischenzeitlich hat sich die Ansicht über die mögliche militärische Nutzung biologischer Waffen stark verändert. Nach dem Golfkrieg 1990-1991 haben Untersuchungen der United Nations Special Commission (UNSCOM) offenbart, dass der Irak ein bedeutendes BW-Rüstungsprogramm besitzt [6]. 1986 hat der Irak Forschungen über mehrere pathogene biologische Agenzien intensiviert (s. Tabelle 2). 1990 wurde im Irak mit der Produktion von erheblichen Mengen einiger Agenzien begonnen, die zum Teil auch munitioniert wurden (Tabelle 2). Ferner wurde die Wirkung der Agenzien als Aerosole geprüft. Aerosole sind in der Luft verteilte Partikel, die eingeatmet werden können [6, 7]. Um als Biowaffen über diesen Weg der Ausbringung wirksam zu sein, müssen die Partikel einen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 Mikrometer haben. Nur so können die Partikel am besten in den Lungen zurückgehalten werden und dort ihre Wirkung entfalten. Kleinere Partikel werden ausgeatmet, größere Partikel werden im Nasen- und Rachenraum zurückgehalten und gelangen dadurch nicht in die Lungen [8]. Partikel in der richtigen Größe werden durch spezielle Aerosol-Generatoren erzeugt.


Tabelle 2: Biowaffen-Programm im Irak
Seit 1985: Forschung und Entwicklung
Milzbrand, Botulinum-Toxin , Wundbrand, Aflatoxin, Trochthecene-Mycotoxine, Ricin, Rotavirus, Kamelpocken, Congo-Crimea-Haemorrhagisches-Fieber, Gelbfieber

Seit 1990: Produktion
19.000 Liter Botulinum-Toxin
8.500 Liter Milzbrand-Sporen
2.200 Liter Aflatoxin

Munition
R400-Bomben
- 100 Botulinum-Toxin
- 50 Milzbrandsporen
- 16 Aflatoxin

Scud-Raketen Gefechtsköpfe
- 13 Botulinum-Toxin
- 10 Milzbrandsporen
- 2 Aflatoxin
Aerosol-Generatoren
- 3200 Liter/Stunde
Sowjetunion
1992 hat der damalige russische Präsident Boris Yeltsin zugegeben, dass die frühere Sowjetunion in der Zeit von 1946 bis März 1992 ein offensives biologisches Waffenprogramm durchgeführt hat [9]. Dieses war ein sehr umfangreiches Programm, das in mehreren Einrichtungen der Sowjetunion durchgeführt wurde (Tabelle 3) [6]. Anfang der neunziger Jahren haben einige Überläufer (darunter Vladimir Pasechnik, der Direktor vom Institute of Ultrapure Biological Preparations in Leningrad, sowie Ken Alibek, der Vizedirektor des Biopräparat-Komplexes) vom erheblichen Umfang dieser Aktivitäten berichtet [6,10]. In diesem Programm wurde mit vielen der in Tabelle 1 gelisteten Agenzien gearbeitet, von denen einige auch munitioniert und als Waffe getestet wurden. Angeblich wurden auch gentechnische Arbeiten an einigen Krankheitserregern durchgeführt [6].

Tabelle 3: BW-Programm der Sowjetunion
Einrichtungen des Verteidigungsministers
- Leningrad
- Kirov
- Sverdlovsk
- Zagorsk
- Aralsk

Biopräparat-Komplex
- Leningrad
- Obolensk
- Koltsovo (Vector)
- Chekhov
Forschung, Entwicklung und Produktion von verschiedenen Agenzien, Prototypen von Bomben und Raketen-Gefechtsköpfen sowie Aerosolgeneratoren [6]

Zusätzlich zu diesen bewiesenen BW-Aktivitäten wird aus US-Geheimdienstquellen vermutet, dass mindestens zehn weitere Staaten offensive biologische Waffenkapazitäten entwickeln [11]. Solche Spekulationen wecken ernsthafte Zweifel an der Effektivität einer Biowaffen-Konvention ohne unterstützende Verifikationsmaßnahmen. Konsequenterweise verhandelt zur Zeit eine Ad Hoc Gruppe der Vertragsstaaten über ein rechtsverbindliches Protokoll, das Verifikationsmaßnahmen beinhaltet und der Konvention hinzugefügt werden soll.
Die Revolution in der Biotechnologie
Im Laufe der letzten drei Jahrzehnte wurde die Biotechnologie durch die Molekularbiologie und die Gentechnik revolutioniert. Diese Techniken besaßen und besitzen immer noch einen großen Einfluss auf so verschiedene Bereiche wie die Medizin oder Lebensmittelkontrolle. Auf der einen Seite können diese Technologien positiv der friedlichen Forschung dienen oder auch zum Verifikationsprozess beitragen. Andererseits können dieselben Technologien jedoch auch für die Entwicklung und Herstellung biologischer Waffen missbraucht werden.
Kurz nach Abschluss der Verhandlungen über die BTWC wurde das erste erfolgreiche gentechnische Experiment durchgeführt [12]. Diese Entwicklung wurde bald als potentielle Bedrohung bei der Kontrolle über biologische Waffen erkannt, und es entstand die Angst, dass vollkommen neue, waffenfähigere Mikroorganismen hergestellt werden könnten. Als Folge intensivierte sich die Forschung im Bereich der biologischen Abwehr [13, 14}.
Seit der Entwicklung des genetic engineering wurden vier Kategorien der Manipulation oder Modifikation von Mikroorganismen als relevant für die Herstellung von BW genannt [13, 15]:
1. der Transfer von Antibiotikaresistenz in Mikroorganismen;
2. die Modifikation der Antigendomänen von Mikroorganismen;
3. die Modifikation der Stabilität der Mikroorganismen gegenüber ihrer Umwelt und
4. der Transfer pathogenen Eigenschaften in Mikroorganismen.
Dual-use Forschungen
Alle vier Arten von Manipulationen sind durchaus möglich und werden in der heutigen biologischen Forschung durchgeführt. Um Infektionskrankheiten effektiv zu bekämpfen, ist es essentiell, die Mechanismen der krankmachenden Prozesse zu durchschauen. Eine Vielzahl von Informationen wurde erst im letzten Jahrzehnt gesammelt. Es wird immer deutlicher, dass viele verschiedene Faktoren eine Rolle bei solchen Prozessen spielen, und kein System wird bis jetzt in seiner Gesamtheit verstanden. Die Produktion eines Toxins könnte z.B. für den krankmachenden Prozeß essentiell sein, es wird jedoch nur zusammen mit anderen, weniger gut definierten Faktoren wirksam, die das Eindringen der Mikroorganismen in den Wirt erlauben. Dass eine Manipulation durchgeführt werden kann, sagt noch nichts darüber aus, ob diese die gewünschte Wirkung für die Nutzung als biologische Waffe haben wird.
Ein Beispiel kann diesen Tatbestand verdeutlichen. In einem aktuellen Versuch wurde ein Toxin-Gen vom pathogenen Bakterium Listeria monocytogenes in das relativ harmlose Bodenbakterium Bacillus subtilis übertragen [16]. Das so manipulierte Bacillus subtilis konnte zwar das Toxin in Kultur produzieren, war jedoch nicht infektiös, wenn es in Mäuse injiziert wurde. Weitere, ähnliche Versuche unterstützen die These, dass es äußerst schwierig ist, einen harmlosen Mikroorganismus durch die Übertragung von Pathogenitätsmerkmalen virulent zu machen.
Andererseits konnte die Virulenz eines schwach pathogenen Bakteriums (Bordatella parapertussis) durch die Übertragung eines Toxin-Gens von Bordatella pertussis (Keuchhusten-Erreger) verstärkt werden [17]. Dies war offensichtlich nur deswegen möglich, weil Bordatella parapertussis schon einige schwach pathogene Eigenschaften in sich trägt. In einem anderen Fall hat eine Forschergruppe das hämolytische Toxin von Bacillus cereus (normalerweise ein nicht-pathogenes Bodenbakterium) in einen virulenten Stamm von Bacillus anthracis übertragen [18]. Die Forscher haben angegeben, dass sie mit dieser Arbeit mögliche Änderungen in den immunogenen (Immunantwort-induzierenden) Eigenschaften solcher gentechnisch veränderter Stämme untersuchen wollten. Das Resultat war jedoch unerwartet: Tiere, die eine Impfung gegen Milzbrand bekommen haben, waren nicht gegen den manipulierten Stamm von Bacillus anthracis geschützt.
Die potentialen Gefahren, die mit einigen biologischen Forschungen verbunden sein können, werden durch Untersuchungen aus dem Bereich der Immunologie besonders deutlich. Die folgenden Schlagzeilen in der Zeitschrift New Scientist [19] haben für großer Aufmerksamkeit gesorgt:
"Disaster in the making: An engineered mouse virus leaves us one step away from the ultimate bioweapon"
Es wurde hier über die Versuche australischer Wissenschaftler berichtet [20, 21], die mit einer Verstärkung der Antikörperproduktion durch die Überproduktion des Cytokins Interleukin 4 (IL-4) die Schwangerschaft bei Mäusen zu verhindern suchten. Ein Gen für die Produktion von IL-4 wurde in das Genom eines Mauspockenvirus eingesetzt. Das Virusgenom enthielt auch ein Gen für die Produktion eines Proteins, das auf Eizellen der Maus zu finden ist. Nach der Infektion von Mäusen mit diesem Virus sollte das Eizellenprotein produziert und Antikörper dagegen hervorgerufen werden. Gleichzeitig sollte das IL-4-Gen in Mäusezellen exprimiert und eine größere Menge des IL-4-Cytokins als sonst produziert werden. Diese Überproduktion an IL-4 sollte dann eine Vertärkung der Antikörperproduktion gegen das Eizellenprotein verursachen. Gleichzeitig jedoch hat IL-4 die Aktivität einer bestimmten Klasse von Immunzellen (cytotoxische T-Lymphozyten, Tc-Zellen oder auch Killerzellen genannt) inhibiert, die normalerweise virusinfiziete Zellen attackieren, abtöten, und eine Virusinfektion dadurch beseitigen. Für die Bekämpfung einer Infektion mit bestimmten Viren wird die Aktivität dieser Tc-Zellen unbedingt benötigt. Um effektiv ihre Aufgabe erfüllen zu können, brauchen Tc-Zellen jedoch eine Hilfe von T-Helfer-Lymphozyten, die aktivierende Cytokine (Interleukin-2 und Interferon-gamma) liefern und die Tc-Zellen zur Vermehrung und Differenzierung treiben. Erst dann entwickeln sich die Tc-Lymphozyten zu Zellen, die eine zellvermittelte Immunität (spricht Virusbekämpfung) durchführen können. Da im oben beschriebenen Experiment IL-4 die Entwicklung dieser Helferzellen unterdrückt hat, wurden cytotoxische T-Lymphozyten nicht aktiviert. Die Infektion, die das Mauspockenvirus verursacht hat, konnte nicht bewältigt werden;. die Mäuse wurden vom Virus getötet. Dies war insofern überraschend, da die Mäuse gegen das Virus resistent waren, d.h., das Virus war normalerweise für diese Mäuse nicht gefährlich. Die Einfügung des IL-4-Gens hat dadurch ein "Killervirus" erzeugt, das auch in resistenten Mäusen das Immunsystem lahm legte.

Fazit:
Wir haben in den letzten Jahrzehnten eine Revolution in den Biotechnologien erlebt, die überhaupt noch nicht ihre Spitze erreicht hat. Wir können gezielter und präziser die Mechanismen krankmachender Prozesse entschlüsseln. Dadurch können effektivere therapeutische Ansätze und bessere Diagnostika entwickelt werden, die entscheidend zum Kampf gegen Infektionskrakheiten beitragen können. Solche Forschungen sind essentiell. Der mögliche Missbrauch der Biotechnologie für die Produktion von BW ist jedoch eine Tatsache, die nicht ignoriert werden kann. Die neuesten Berichte über die unbeabsichtigte Herstellung eines "Killer-Mauspockenvirus" betont diese Gefahr. Kriterien für die präventive Rüstungskontrolle verdeutlichen den Bedarf, Entwicklungen in einem frühen Prozess zu überwachen, das bedeutet, bereits im Forschungsstadium. Ferner ist es unbedingt erforderlich, die BTWC mit einem effektiven Verifikationsprotokoll zu stärken, um Transparenz zu fördern und die Bildung von Vertrauen in ein BTWC-Regime zu leisten.


Literatur
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2. Geißler, E., and K. Lohs, The changing status of toxin weapons, in: E. Geißler (ed.), Biological and Toxin Weapons Today, Oxford University Press, Oxford, (1986), 36-56.
3. Convention on the Prohibition of the Development, Production and Stockpiling of Bacteriological (Biological) and Toxin Weapons and on Their Destruction, United Nations General Assembly Resolution 2826 (XXVI), United Nations, New York, (1972).
4. Rosenberg, B.H., North vs. south: politics and the Biological Weapons Convention, in: Politics and the Life Sciences, 12, (1993), 69-77.
5. Thränert, O., The Biological Weapons Convention: its origin and evolution, in: O. Thränert (ed.), The Verification of the Biological Weapons Convention: Problems and Perspectives, Studie Nr. 50 der Friedrich-Ebert-Stiftung, Bonn (1992), 9-17, 21; Meselson, M.S., Chemical and biological weapons, in: Scientific American, 222, (1970), 15-25.
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7. Black, S., UNSCOM and the Iraqi biological weapons program: implications for arms control, in: Politics and the Life Sciences, 18, (1999), 62-69.
8. Franz, D.R., Physical and medical countermeasures to biological weapons, in: K.C. Bailey (ed.) Directors Series on Proliferation, Vol. 4, Lawrence Livermore National Laboratory (1994), 55-65.
9. Dahlberg, J.T. Russia admits violating biological weapons pact, in: The Los Angeles Times, Washington Edition, 15 September (1992).
10. Alibek, K. with S. Handelman, Biohazard. Random House, New York, (1999). [Das Buch erscheint auch in deutscher Sprache mit dem Titel Direktorium 15. Russlands Geheimpläne für den biologischen Krieg, Econ Verlag München-Düsseldorf GmbH, (1999).
11. McCain, J.S. Proliferation in the 1990s: Implications for US policy and force planing, in: Military Technology, 1/90, (1990), 262-267.
12. Chang, A.C.Y., and S.N. Cohen, Genomic construction between bacterial species in vitro: replication and expression of Staphylococcus plasmid genes in Escherichia coli, in: Proceedings of the National Academy of Sciences USA , 71, (1974), 1030-1034.
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18. A.P. Pomerantsev, N.A. Staritsin, Yu. V. Mockov, and L.I. Marinin, 'Expression of cereolysine AB genes in Bacillus anthracis vaccine strain ensures protection against experimental infection', Vaccine, 15, (1997), 1846-1850.
19. Nowak, R., Disaster in the making. An engineered mouse virus leaves us one step away frtom the ultimate bioweapon, in: New Scientist, 13 January (2001), 4-5.
20. Jackson, R.J., A.J. Ramsay, C. Christensen, S. Beaton, D.F.R. Hall, and I.A. Ramshaw, Expression of mouse interleukin-4 by a recombinant ectromelia virus suppresses cytolytic lymphocyte responses and overcomes genetic resistance to mousepox, Journal of Virology,75, (2001) 1205-1210.
21. Jackson, R.J., D.J. Maguire, L.A. Hinds, and I.A. Ramshaw, Infertility in mice induced by a recombinant ectromelia virus expressing mouse zona pellucida glycoprotein, Biology of Reproduction, 58, (1998), 152-159.


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