For godt 3 milliarder af år siden havde liv på Jorden en anden betydning end det har i dag, idet liv bestod af små encellede mikroorganismer – Prokaryoterne. Med evolutionen udviklede disse organismer sig langsomt og tilpassede sig ændrede forhold og der opstod tre evolutionsgrene, som vi kender i dag.

Den ene af disse grupper er bakterier, som også går under betegnelsen prokaryoter, der direkte oversat fra græsk betyder ”før-kerne”. Dette er encellede organismer, der er kendetegnede ved at cellens arvemateriale, DNAet, flyder frit i cellen i stedet for at findes i en cellekerne. En anden gruppe er eukaryoterne, hvis navn betyder ”ægte kerne”. Dette er de celler, som vi er bygget op af, og de indeholder en afgrænset cellekerne samt mange andre afgrænsede områder med specialiserede funktioner. I denne kategori hører også planteceller, gær og svampe. Den tredje gruppe er archaebakterier, som er en slags midtergruppe, og i denne kategori findes ofte mikroorganismer, som kan leve under ekstreme forhold ved høje og lave tryk og temperaturer. De har i mange år været anset for at være en speciel gren af prokaryoterne, men i de nyeste fylogenetiske træer, som er de stamtræer, der viser evolutionen, optræder archaebakterierne som en gruppe for sig selv.

Bakterier og virus hører alle under den samlede betegnelse mikroorganismer. Der opstår stadig kendskab til nye klasser af begge kategorier, og det estimeres, at den samlede mængde af mikroorganismer på jordkloden har en større masse end den samlede masse af alle mennesker. Det er derfor pratisk talt umuligt at leve en tilværelse uden at møde mikroorganismer. I det følgende vil bakterier og virus blive beskrevet. Der vil blive taget udgangspunkt i to mulige organismer til biologisk krigsførelse: miltbrand og koppevirus.

Bakterier

Vi møder konstant bakterier i vores hverdag, og det er heldigvis ikke alle, der er sygdomsfremkaldende. Mange af dem har er vi endda god nytte af at leve sammen med for at kunne fordøje maden ordentligt og for at holde sygdomsfremkaldende bakterier væk.

Selv om bakterier er så små, at der skal meget kraftige mikroskoper til for at en enkelt bakterie skal kunne ses foregår der en enorm fysiologisk aktivitet inde i bakterierne, og nogle klasser har endda udviklet en metode til at kunne kommunikere med hinanden og kontrollere deres vækst – en metode kaldet Quorum Sensing. 

Bakterier beskrivesoftest efter den slægt de tilhører og slægten er igen underinddelt i arter. Derfor har bakterier to navne som altid skrives med kursiv. Således tilhører miltbrandbakterien Bacillus anthracis (B. anthracis) en overordnet slægt med navnet Bacillus, som udgør mange bakterier, og den miltbrandfremkaldende bakterie er af arten anthracis.

Figur 1: Figuren viser opbygningen af en bakterie.

Som alle andre bakterier er denne bakterie opbygget af cytoplasma, hvori bakteriens DNA findes i en sammenrullet kromosomstruktur kaldet nukleoid. Cytoplasmaet består af en vandig del kaldet cytosol og af nogle uopløselige partikler, hvoraf ribosomer, hvor proteinsyntesen foregår, udgør den vigtigste del. Cytoplasmaet er omkranset af cellemembranen, som muliggør selektiv ind- og udtransport af kemiske stoffer.

Cellemembranens vigtigste funktion er at holde på cellens indhold af proteiner og DNA. Men i bakterier har den også en anden funktion, idet energien til cellevækst bliver genereret i membranen, da den indeholder en lang række ionkanaler som gør det muligt for specifikke ioner at krydse membranen.

Du kan finde en animation, der forklarer cellers opbygning ved at klikke her.

B. anthracis tilhører gruppen af grampositive bakterier. Gram inddelingen er en meget anvendt inddeling af bakterier på baggrund af deres cellemembran. I modsætning til gramnegative bakterier har de gram positive bakterier kun en cellemembran (plasma membran) omsluttet af et lag af peptidoglykan, som består af lange kæder af kulhydrater bundet sammen af korte proteinkæder, og fungerer som en slags kapsel. Derimod har de gramnegative en ydre cellevæg hovedsageligt bestående af lipider (LPS) (se figur 2).

Figur 2: Denne figur illustrerer forskellen mellem gramnegative og grampositive cellers membran.

Fra cellevæggen udgår ofte hårlignende strukturer, pili, som giver bakterien mulighed for at bevæge sig hen over en overflade. Samtidigt har mange bakterier også en slags hale eller propel kaldt flagellum, som gør, at bakterien kan svømme i flydende medier.

Et særligt kendetegn ved B. anthracis, som også gør den særligt anvendelig som biologisk våben, er, at den har mulighed for at danne sporer. Dette er en særlig hvilende form af bakterien, hvor der ikke foregår noget nævneværdigt stofskifte, men hvor den har mulighed for at overleve  i flere tusinde år selv under meget ekstreme forhold bl.a. ved høje temperaturer ved høje koncentrationer af ellers for bakterien giftige stoffer. Når forholdende så igen bliver gunstige for vækst, vender sporerne tilbage til normal levevis og kan herved fremkalde sygdom.

I historien er der ofte beskrevet områder eller huse, som var forbandede, bl.a. de gamle Egyptiske gravkamre, hvor indtrængende personer tit blev dødeligt syge. Mange mener i dag, at denne ”forbandelse” ikke skyldes overnaturlige kræfter, men nok nærmere sporedannende bakterier, som har overlevet i århundreder.

B. anthracis findes forholdsvis ofte i kvæg, men overføres kun herfra til mennesker gennem rifter i huden eller ved direkte indtag. Mange dyr bliver vaccineret mod miltbrand, men det er dog ikke alle steder i verden, dette er muligt, og her opstår der med jævne mellemrum pludselige dødsfald hos kvæg. På grund af bakteriens mulighed for at danne sporer, der kan leve længe, har der været tilfælde, hvor landbrugsjord var kontamineret og ville være det i så mange år, at man har måttet rense jorden for bakterien før den igen kunne bruges.

Langt lettere er det for mennesker at blive smittet med bakterien, hvis de indånder sporer. Herved får bakterierne mulighed for at formere sig i lungerne, som ellers normalt er sterile, og her er det forholdsvis let for bakterierne at blive overført til blodbanen gennem alveolarsækkene, hvor gas-udvekslingen i lungerne finder sted. Det var på denne måde, at mange medie- og postarbejdere samt politikere blev syge eller døde i USA i 2001 hvor der blev sendt breve indeholdende B. anthracis sporer.

Bakterien dræber både dyr og mennesker ved at udskille et giftstof, som består af tre proteiner. Det interessante er, at disse tre proteiner er afhængige af hinanden og således ikke virker alene. Det ene protein bruges til at få de to andre ind i cellerne, hvor disse herefter kan gøre skade. Giftstoffet gør, at bakterien kan dræbe makrofagerne, der som nævnt har til opgave at spise og tilintetgøre fremmede mikroorganismer. Herved har B. anthracis har mulighed for at undslippe immunforsvaret. Ligeledes angriber bakterien også endotelceller, som er et tyndt lag flade celler, der dækker de indre overflader i blod- og lymfekar samt hjertet og andre væskefyldte hulrum. Dette fører til indre blødninger og patienten dør i løbet af få dage.

Du kan se en video om, hvordan miltbrandbakterien dræber immunforsvarscellerne ved at klikke her.

Miltbrand er frygtet da det er en sygdom, der kan have fatale følger for store dele af befolkningen under biologisk krigsførelse, som eksempelvis under krig i det tidligere Zambia og Zimbabwe i Afrika i 1970’erne, hvor mange mennesker og dyr døde. Både den amerikanske og engelske hær tager jævnligt forholdsregler ved at lade deres soldater og andre militærfolk vaccinere.

Virus

Virus er nogle meget specielle mikroorganismer, idet de er utroligt simple. De består ikke af mere end en smule protein og arvemateriale enten i form af DNA eller RNA som i retrovirus som HIV. De er afhængige af at inficere andre celler, da de ikke selv kan formere sig, og de betegnes ofte som acellulære.

De eneste proteiner de bærer, er proteiner, der er involverede i at få viruspartiklen ind i værtscellen, proteiner der kan indsætte virussens DNA i værtscellens samt proteiner der udgør dele af den kappe, som omgiver mange virus. Nye virus-partikler bliver således dannet i værtscellen og frigives herfra.

Når virus inficerer celler, hvilket kan være både dyre- og planteceller samt bakterier, reproducerer de sig inde i cellen ved at overtage cellens egen mekanisme for at syntetisere sine egne proteiner, og når der er nået en vis populationsstørrelse i cellen, dræber de denne og frigives til omgivelserne, hvorefter nye infektioner kan starte.

En virus, der betragtes som muligt våben under biologisk krigsførelse, er koppevirus, der som naturligt forekommende epidemisk sygdom dog er udryddet. Koppevirus tilhører familien af Pox-virus. Det er den største familie af virus, der kendes og disse virus er meget mere komplekse end mange andre. Der findes to former for koppevirus: Variola major og Variola minor, hvoraf V. major er den mest dødelige med op til 50 % dødelighed. Den kan kun smitte mellem mennesker og overføres via dråber, som indåndes fra en anden personeksempelvis fremkommet ved hoste eller tale. Infektion med koppevirus har en inkubationstid på ca. 4-14 dage, hvorefter der opstår almindelige influenzalignende symptomer som feber og hovedpine. Herefter går virussen over til at inficere celler i hele kroppen, hvor især hudceller angribes, hvilket giver anledning til de kendte væskeholdige blærer på huden.

Infektion med koppevirus sker, som ved andre virus, ved at virussen først og fremmest at virussen overføres fra et menneske til et andet oftest gennem luftvejene. Herefter er der flere trin, der i sidste ende transporterer viruspartiklen ind i værtsceller. Det første trin indebærer fastsættelse på værtsceller. Dette sker ofte ved tilfældig kollision, men både immunforsvarets celler samt fysiske barrierer som f.eks. slimlag forhindrer til en vis grad dette. På værtsceller findes en lang række proteiner, der fungerer som receptorer, der modtager molekyler fra omgivelserne og flytter disse ind i cellen. Mange virus har udviklet sig til særligt at genkende disse receptorer, hvilket gør, at de på denne måde kan blive transporteret ind i cellen. Når virussen er inde i cellen, smider den sin kappe, hvorved dens DNA (eller RNA) blottes. Dette gøres på mange forskellige måder alt afhængigt af, hvilken slags virus der er tale om. For koppevirus gælder, at den indeholder sin egen DNA-oversætter (RNA-polymerase), som danner et specielt protein, der er med til at fjerne dens kappe. Først herefter frigøres dens DNA til videre arbejde ved værtscellens maskineri.

Figur 3: Figuren viser, hvordan virus replikerer sig selv inde i en værtscelle ved at indsætte sine gener i værtscellens DNA og udnytte dens funktioner til at replikere sine egne gener.

Du kan se en video om virusinfektionsmekanismen ved at klikke her.

De fleste antibiotika virker ved at forhindre mikroorganismernes cellulære mekanismer i at virke, men eftersom virus ikke har deres eget stofskifte, er det ikke muligt at dræbe virus vha. antibiotika. Dette gør virus til særligt farlige mikroorganismer. Derimod kan vaccination ofte være en effektiv forhindring af sygdomsudbrud. Du kan læse mere om Symphogen A/S’s rolle i sygdomsforebyggelse og under et potentielt terrorangreb i de følgende artikler.

• Du kan læse om den fylogenetiske evolution her.
• Du kan finde en animation hvor du kan lære om opbygningen af både menneskeceller, planteceller og bakterier her. Samt her. 
• På netbiologen.dk kan du læse om virus.
• Du kan læse mere om miltbrand her. 
• Du kan læse mere om koppevirus fra Statens Serum Institut her.
• Statens Serum Institut arbejder bl.a. undersøge trusler af biologisk karakter og for at opbygge et beredskab. Du kan læse mere om Statens Serum Instituts arbejde og viden her.
• Statens Serum Institut har oprettet en speciel gruppe der skal oplyse omkring bio trusler. Du finder deres side her med den nyeste information omkring biologisk krigsførelse her.

Du kan finde information om biologisk krigsførelse på disse sider:

• Om biologiske våben fra netdoktor.dk 
• Om biovåben generelt.