Підручник з Біології і екології. 11 клас. Шаламов - Нова програма

§ 46. Біологічна безпека

Біологічно небезпечні агенти відрізняються своїм впливом на здоров'я й здатністю до поширення

Численні живі організми та продукти їхньої життєдіяльності негативно діють на здоров'я людини, сільськогосподарських тварин і рослин, а також стан природних біологічних об'єктів — спричиняють хвороби, порушення життєдіяльності та навіть смерть. Такий вплив називають біологічною небезпекою (рис. 46.1), а компоненти живої природи, що його здійснюють, біологічно небезпечними агентами. У цьому параграфі ми зосередимось на небезпеці для людини й суспільства, а питання негативного впливу організмів на довкілля були об'єктом розгляду в § 23 і § 27.

Рис. 46.1. Знак біологічної небезпеки

Найпоширенішими біологічно небезпечними агентами для людини є пріони, віруси, бактерії й інші паразити, що здатні спричиняти хвороби, та утворені ними токсини, алергени й отрути. Згідно з класифікацією ВООЗ усі небезпечні біологічні організми, із якими працюють у лабораторних умовах, поділяють на чотири групи ризику залежно від патогенності й здатності поширюватися (табл. 46.1). При цьому передаватися від людини до людини ці біологічні агенти можуть різними шляхами (про шляхи поширення інфекційних захворювань ішлося в § 38). Не меншу небезпеку становлять середовища, обладнання й посуд, які використовувалися для роботи з такими агентами, а також вода й повітря, до яких вони могли потрапити. Ці об'єкти підлягають спеціальним очищенню й дезінфекції.

Таблиця 46.1. Класифікація патогенних організмів

Група ризику

Патогенність1

Поширення

Наявність лікування

Приклад

І

Не є збудниками хвороб

Не передається від людини до людини

Не потрібне

Вірус чумки собак, сінна паличка, пекарські дріжджі

ІІ

Збудники не дуже серйозних хвороб

Поширення інфекції обмежене чи легко контролюється

Існує ефективне лікування

Вірус свинки, бактерія-збудник гонореї, грибок кандида

ІІІ

Збудники серйозних хвороб

Існують заходи обмеження поширення

Існує ефективне лікування

Вірус гепатиту B, малярійний плазмодій, свинячий ціп'як

ІV

Збудники хвороб із високою смертністю

Обмежити поширення складно

Не існує ефективного лікування

Вірус натуральної віспи, вірус Еболи

1 Від грец. pathos — страждання і genes — той, що породжує: здатність спричиняти хворобу.

Основними джерелами біологічної небезпеки для людини є поширення природних епідемій, не дотримання правил біобезпеки (Див. нижче), аварії чи диверсії на біологічно небезпечних об’єктах, використання біологічної зброї та біотероризм. Крім того, у багатьох галузях людської діяльності робітники часто зустрічаються з біологічно небезпечними агентами: крім природодослідницького й медичного кіл, це працівники й працівниці сільського, лісового, сміттєзбирального господарства, харчової промисловості та навіть співробітники й співробітниці музеїв, архівів і бібліотек.

Використання біологічної зброї заборонене, але вона все одно може бути застосована

Біонебезпечні агенти можуть бути основною біологічної зброї — спеціальних боєприпасів, що містять організми чи токсини, й здатні уражати людей, свійських тварин і сільськогосподарські рослини. Першим більш-менш достовірним фактом використання біологічних агентів у воєнних цілях є закидання катапультами чумних трупів ханом Золотої Орди Джанібеком до осадженої фортеці Каффа (нині місто Феодосія в Криму) у 1346 році. Хоча фортецю тоді захопити не вдалося (армія хана була знекровлена чумою), але хвороба поширилась Європою із генуезькими кораблями, які тікали з атакованого міста. Тоді «чорна смерть» забрала життя близько 60 млн осіб у світі. Іншим підступним прикладом використання біологічної зброї була роздача у 1763 році європейськими завойовниками американським індіанцям і індіанкам ковдр, заражених натуральною віспою: мільйони корінних мешканців загинули згодом від інфекції.

Як біологічна зброя потенційне використання мають організми, що легко поширюються від людини до людини (найчастіше через повітря) і спричиняють хвороби із високим рівнем смертності. Найбільш імовірне застосування збудників чуми, сибірської виразки (сибірки), висипного тифу, геморагічних лихоманок (віруси Марбург і Ебола), натуральної віспи1. Небезпека використання такої зброї полягає в тому, що важко спрогнозувати масштаби зараження: чи буде це лише локальна дія, як це планувалося агресором, чи зараження переросте в глобальну пандемію2. Тому ще в 1925 році в Женеві було підписано протокол про заборону використання хімічної та біологічної зброї на війні. Але навіть після цього відомі факти застосування біозброї в Другій світовій і Корейській війнах. Із 1975 року у світі діє Конвенція про заборону розробки й накопичення біологічної зброї, але відсутність дієвих механізмів перевірки не дозволяє однозначно стверджувати, що вона виконується усіма країнами-учасницями. З огляду на це в багатьох арміях світу є спеціальні війська біологічного захисту — в армії України цей рід військ має назву «війська радіаційного, хімічного та біологічного захисту» (рис. 46.2).

1 Оскільки з 1980-х років вірус натуральної віспи більше не циркулює в людських популяціях, то й вакцинація проти нього більше не здійснюється.

2 Пандемія — епідемія, що поширилась на території кількох країн чи навіть континентів.

Рис. 46.2. Солlат військ радіаційного, хімічного та біологічного захисту в костюмі хімічного захисту

Ризик біотероризму є завжди

Не менш небезпечним є використання біологічних агентів у терористичних атаках. Найімовірніші місця їх здійснення — це станції метро, торговельні центри, концертні чи спортивні арени. Такі злочини мають на меті не тільки ураження людей, але й спричинення паніки, нанесення масштабних інфраструктурних і економічних збитків, порушення громадського порядку. Один із найвідоміших випадків біотероризму було зафіксовано в США у вересні 2001 року, коли до офісів деяких ЗМІ та двох сенаторів надійшли листи, у яких містилися спори бактерії сибірської виразки (рис. 46.3). Унаслідок цієї атаки загинув один журналіст, двоє працівників пошти та ще двоє людей і було нанесено збитків на 1 млрд доларів США (здебільшого гроші пішли на дезінфекцію приміщень).

Іншим способом біотероризму є диверсії в лабораторіях, що працюють зі збудниками смертельних хвороб: потрапляння досліджуваних біооб'єктів до довкілля може стати початком масштабної епідемії. Тому такі лабораторії завжди ретельно охороняються.

Ще одним можливим напрямом біотероризму є аграрний, коли біологічні агенти використовуються для нанесення шкоди й знищення продовольчих, сільськогосподарських чи природних ресурсів країни. Для цього можуть використовуватися збудники хвороб сільськогосподарських тварин і рослин, шкідники, небезпечні організми, чиї токсини накопичуються в харчових продуктах. Така дія може спровокувати інфікування людей, спричинити підвищення цін, фінансові збитки, масові заворушення.

ГМО мають створюватися й використовуватися із обережністю

Створення й використання ГМО є ще одним викликом біобезпеці. Річ у тім, що агенти, використані для модифікації ДНК (віруси, агробактерії, плазміди), за неналежного виконання заходів біобезпеки можуть потрапляти до довкілля, де спричинятимуть мутації в природних організмів. Так, наприклад, бактерії можуть стати ще менш чутливими до антибіотиків. Тому лабораторії, що створюють ГМО, мусять керуватися вимогами й правилами для лабораторій, що працюють зі збудниками небезпечних хвороб.

Рис. 46.3. Біотерористична атака листами, зараженими сибіркою

A. Бацили сибірської виразки під електронним мікроскопом. Б. Обкладинка конверту зі спорами бактерії, надісланого сенаторові Томасу Дешлу від імені учнівства нью-йоркської школи.

Численні дослідження останніх десятиліть не підтвердили наявності небезпеки при вживанні продуктів із ГМО в їжу. А оскільки вони проходять додаткову ретельну перевірку перед виходом на ринок, то й їхня безпечність є вищою порівняно з тими, які вироблені з організмів, отриманих завдяки класичній селекції!

Теоретично існує ризик перенесення генів від ГМО до організмів дикої природи. Тоді, наприклад, природні бур'яни могли б набути стійкості до гербіцидів. Час від часу такі випадки фіксувалися, тому розробники й розробниці почали створювати генетично модифіковані сорти, нездатні до схрещувань.

Через свою високу стійкість до шкідників ГМО потенційно можуть витісняти природні організми з екосистем. Також уведені в трансгенні сорти токсини деколи мають негативну дію не лише на природних ворогів, але й, наприклад, на комах-запилювачів чи птахів, що живляться насінням. Тому, щоб уникнути небажаних наслідків від використання ГМО, потрібно здійснювати тривале й ретельне дослідження їхнього впливу на довкілля, а також контролювати поширення в природі. Однак, майже напевне можна стверджувати, що без ГМО не обійтись на шляху до сталого розвитку людства.

Захист від біонебезпек полягає в дотриманні загальних принципів біобезпеки

Із розумінням серйозності біологічних небезпек почала формуватися нова галузь знань, що займається попередженням, зменшенням їхнього впливу й убезпеченням людей від них — біологічна безпека. Для її реалізації на підприємствах і в установах, де працівники й працівниці контактують із небезпечними агентами, впроваджуються заходи біологічного захисту. Завдяки ним вдається уникати не лише безпосередньої дії агентів, але й їх розповсюдження в довкіллі.

Для захисту людей усіх професій, що під час виконання своїх обов'язків контактують із біологічно небезпечними істотами чи їхніми продуктами, застосовують кілька загальних принципів.

  • Процеси, що є біонебезпечними, варто заміняти більш безпечними, наприклад, уникати утворення аерозолей і пилу, оскільки збудники хвороб часто передаються з часточками повітрям.
  • Потрібно мінімізувати час контакту із біонебезпечним агентом та кількість працівників і працівниць, що з ним контактують. Для цього треба організовувати черговість роботи в найбільш небезпечних зонах, упроваджувати чіткі послідовності дій на робочому місці для зменшення часу контакту.
  • Варто завжди використовувати засоби індивідуального захисту: спецодяг, рукавиці, респіраторні маски, захисні окуляри.
  • Необхідно підтримувати високий рівень чистоти робочого простору (ефективна вентиляція, регулярне прибирання), інструментів, одягу та тіла працюючих (обладнати душові).
  • Треба маркувати й утилізувати відходи відповідно до рівня їхньої небезпечності (рис. 46.4).

Рис. 46.4. Спеціальні пакети для різних типів біонебезпечних медичних відходів

Заходи біологічної безпеки ефективно реалізуються в лабораторіях

Найбільшим джерелом біологічної небезпеки (окрім природних осередків епідемії) є науково-дослідні лабораторії. Тому найяскравіше біологічний захист проявляється саме в них. Щоб не заразитися під час роботи з небезпечними організмами, персонал одягає засоби індивідуального захисту (рис. 46.5). Подекуди дослідники й дослідниці після роботи повинні повністю перевдягатися й помитися в душі. Усі речовини й посуд, що контактували з небезпечним агентом, ретельно стерилізуються або знищуються, а обладнання підлягає регулярному очищенню.

За ступенем захищеності лабораторії поділяють на чотири групи: BSL-1 - BSL-41. Робота з організмами ІІІ і IV груп ризику (Див. табл. 46.1) відбувається в лабораторіях із рівнями BSL-3 і BSL-4 відповідно, що мають спеціальне оснащення: двері з автоматичним замиканням, повністю ізольовані костюми з надлишковим тиском, герметичні бокси (рис. 46.6). Усе повітря, рідини і тверді частинки в таких лабораторіях збираються спеціальними системами, фільтруються та дезінфікуються чи знищуються. Крім того, до лабораторій високих рівнів навіть науковці мають обмежений доступ і там організовано воєнізовану охорону для уникнення диверсій і біотероризму.

Рис. 46.5. Індивідуальні засоби біобезпеки

Рис. 46.6. Обладнання лабораторій високого рівня біозахисту

A. Завдяки надлишковому тиску в середині костюму навіть при виникненні шпарини повітря виходитиме з нього, а не заходитиме, що не дозволить небезпечним агентам потрапити усередину. Б. Збудники хвороб не можуть потрапити назовні з герметичного боксу.

1 Акронім від англ. biosafety level — рівень біобезпеки.

Цікаве життя

Безпечне дослідження смертельної небезпеки

Щоб досліджувати смертельно небезпечні інфекції (чи навіть тіла позаземного походження) й розробляти ліки від них, потрібне безпечне місце — лабораторія четвертого рівня біобезпеки (BSL-4). Для того, щоб зайти на її територію, необхідна спеціальна перепустка. Надалі співробітниці чи співробітнику доведеться зняти одяг і перевдягнутися в спеціальний захисний костюм.

Цей костюм зроблено з цупкого прорезиненого матеріалу, що повністю ізолює дослідника від довкілля. Навіть проміжки між штанинами й взуттям заклеюють скотчем, якщо воно не є частиною спецкостюма! Повітря для дихання подається до нього за допомогою окремого шланга, що йде від системи вентиляції під стелею лабораторії. Тому ті, хто працює в лабораторії, дещо схожі на незграбних ляльок, якими хтось керує, смикаючи за шнурки, згори. У костюмі тиск є більшим за тиск у приміщенні, тож якщо герметичність одягу буде порушено, то повітря виходитиме з нього, а не заходитиме, що не дасть небезпечним збудникам проникнути до тіла людини. А в лабораторії тиск, навпаки, є меншим за атмосферний, що убезпечує довкілля від потрапляння до нього збудників: у разі порушення герметичності лабораторії гіпотетично заражене повітря не залишатиме її, бо чисте всмоктуватиметься усередину.

Далі дослідницю чи дослідника в герметичному костюмі чекає кімната-шлюз. Після закривання герметичних дверей шлюзу в ньому повністю замінюється повітря, і тиск зрівнюється із внутрішнім (на шляху до лабораторії) чи зовнішнім (на шляху з неї). Але заходять туди завжди з напарником чи напарницею, бо у випадку надзвичайної ситуації хтось завжди має бути поруч. У приміщенні умови подібні до таких, як у звичайній біологічній лабораторії — там стоять герметичні витяжні шафи для роботи з небезпечними організмами, центрифуги, мікроскопи тощо. Але робота відбувається неквапливо й досить повільно, бо рухатися в масивному надутому костюмі зі шлангом, прикріпленим до стелі, ой як не легко!

Вийти з лабораторії ще складніше, ніж увійти до неї. Зайшовши до кімнати-шлюзу, співробітниця чи співробітник потрапляє під дезінфікувальний душ з усіх боків — усе для того, щоб змити й знищити небезпечних збудників! І лише потім вони мають змогу перейти до роздягальні, де треба залишити увесь одяг. Після звичайного душу вже в сусідній кімнаті можна, нарешті, одягнути свій звичайний одяг і повернутися до щоденного наукового побуту. Щоб працювати в такій лабораторії дослідникам і дослідницям треба бути не тільки розумними, але й обережними, прискіпливими до дрібниць, відповідальними й надзвичайно мужніми!

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Який із наведених об'єктів НЕ може становити біологічної небезпеки?

  • А генетично модифікована картопля
  • Б отруйний для бур'янів пестицид
  • В штам бактерії збудника висипного тифу
  • Г ботуліністичний токсин

• 2. За рахунок агротероризму злочинці намагаються

  • А знищити збудника певної хвороби на всій території країни
  • Б інфікувати якомога більше людей
  • В спричинити порушення громадського порядку
  • Г визначити рівень навченості правоохоронних структур

• 3. Укажіть правильну реалізацію біологічного захисту на сміттєсортувальному заводі.

  • А максимальна автоматизація процесів
  • Б збільшення кількості працівників для підвищення ефективності
  • В робота зі сміттям лише в герметично замкненому просторі
  • Г обов'язкове миття працівників перед входом до цеху

• 4. Усі тверді відходи з лабораторії високого рівня безпеки

  • А викидаються зі стічними водами
  • Б закопуються в ґрунт
  • В вивозяться разом із побутовим сміттям
  • Г знезаражуються

• 5. Увідповідніть властивість ГМО й прояв біологічної небезпеки.

  • 1 здатність передавати свої гени «диким» організмам
  • 2 висока стійкість до шкідників
  • 3 здатність синтезувати токсини
  • А швидке виснаження ґрунтів
  • Б можливість витіснення природних видів зі складу екосистеми
  • В поширення стійкості по екосистемі
  • Г отруйність для нешкідників

У житті все просто

• 6. Де в повсякденному шкільному й домашньому побуті ви зустрічаєтесь із біологічними небезпеками? Як можна уникати їхнього впливу?

• 7. У вигляді таблиці узагальніть небезпеки створення й використання ГМО та способи протидії ним.

У житті не все просто

• 8. Як ви вважаєте, чи достатнім буде рівень безпеки лабораторій BSL-4 для роботи із позаземними організмами, якщо такі існують і будуть доставлені на Землю? Щоб мати підґрунтя для роздумів, прочитайте роман Майкла Крайтона «Штам “Андромеда”» чи хоча б його переказ за посиланням.

Проект для дружної компанії

• 9. Разом із вчителями та вчительками, керівництвом закладу освіти, спеціалістами і спеціалістками МВС і ДСНС розробіть план дій на випадок біотерористичного нападу на навчальний заклад. Ознайомте з ним педагогічний і учнівській колективи вашої школи.