Systémy pro detekci a identifikaci biologických aerosolů

Ing. Eva ŠVÁBENSKÁ, VOP-026 Šternberk

Úvod

Bojové biologické látky (BBL) jsou schopny způsobit velký rozsah postižení osob a dalších živých organismů v širokém prostoru s  minimálními ekonomickými náklady a navíc prakticky nepozorovaně. Snadná a levná výroba biologických zbraní, komplikovaná detekce jejich přítomnosti, nákladná ochrana proti nim, obtížné léčení následků u zasažených jedinců, selektivní zásah pouze u osob, zvířat nebo rostlin, to jsou všechno faktory ztěžující účinnou obranu proti BBL. Zmíněné faktory dělají z BBL velmi účinnou zbraň hromadného ničení, snadno zneužitelnou i pro teroristické účely. Nebezpečnost BBL je dána mimo jiné snadností přípravy (využití potravinářských či biotechnologických zařízení), dostupností výchozích kultur mikroorganismů z přírodních zdrojů (výskyt tularémie nebo antraxu), a zejména obrovským dopadem jejich nasazení.

Jen v několika málo studiích, především těch pro vojenské účely nebo v článcích v úzce specializovaných časopisech [1, 2, 3, 4, 5, 9], lze nalézt ucelenější přehled různých systémů a zařízení pro detekci a identifikaci biologických látek. Tento článek si klade za cíl přehledně seznámit čtenáře se systémy a metodami využívanými pro detekci biologických bojových látek ve vzduchu, tj. ve formě aerosolu.

Obecně lze říct, že technologie pro detekci těchto látek jsou zatím na nižší fázi vývoje než pro látky chemické. Většina systémů je také většinou v různé fázi vývoje nebo testování, ať již v laboratoři nebo terénu, komerčně dodávaných systémů je málo. Nevýhodami u většiny dostupných komerčních systémů je jejich velikost, složitost, cena a časté falešné poplachy na přítomnost sledovaných látek. Problém je také v omezeném množství biologických látek, které jsou jednotlivé systémy schopny současně detekovat, a v čase potřebném pro detekci.

Z analytického hlediska je třeba rozlišovat detekci - zjištění přítomnosti bojových biologických látek zatím neznámého typu a identifikaci - přesné určení a zařazení druhu BBL na základě jeho charakteristických molekulárních vlastností, například sekvence nukleových kyselin, přítomnosti antigenních znaků, proteomického profilu, hmotnostního spektra či jiných znaků.

Zařízení pro detekci mají relativně nízkou specifitu, ale vysokou rychlost odezvy. Obvykle vychází z fyzikálních principů, kdy se kontinuálně sleduje profil a složení částic v daném prostředí. Získaná data se srovnávají s předchozími hodnotami a v případě výrazné odlišnosti nebo v případě nalezení dat odpovídajících známým profilům pro BBL následuje další akce - například okamžité vyhlášení poplachu nebo spuštění vzorkovací aparatury a následné potvrzení výsledku vhodnou identifikační metodou.

Klasické metody identifikace - kultivační testy a mikroskopická pozorování, vyžadují značné zkušenosti a dostatečné množství času potřebného na kultivaci. Proto se v této oblasti výrazně prosazují různé imunologické detekční techniky (PCR, ELISA atd.). Mezi metodami orientovanými na detekci specifických sekvencí nukleových kyselin nabývá na významu využití DNA biočipů (resp. DNA microarrays). Výrazným přínosem je paralelní stanovení desítek až tisíců unikátních sekvencí při jednom experimentálním měření.

Jiné detekční systémy pracující převážně na fyzikálním principu nás ve většině případů informují pouze o množství a velikosti zaznamenaných částic. Obzvlášť v tomto případě hraje významnou roli i standardní biologické pozadí. V ovzduší se nachází částice z nejrůznějších zdrojů; může to být prach, pyl, mlha, neškodné mikroorganismy a také částice vzniklé činností člověka - výfukové plyny, kouř a prach z průmyslových závodů; to vše významně přispívá k enviromentálnímu pozadí částic, které se také může měnit minutu od minuty, a to v závislosti na meteorologických podmínkách. Jedním z úkolů při biologické detekci je rozlišit mezi přirozeně se vyskytujícími částicemi a zvýšeným výskytem biologických látek rozšířených uměle v ovzduší.


Smart

Lze nalézt několik komplexních a kompaktních přístrojů (BIDS, APDS, ABATS), které jsou schopny jak odebírat vzorek vzduchu, tak ho následně podrobit dalším testům. Naproti tomu u většiny dalších systémů probíhá vzorkování odděleně. Podle toho, zda do kapaliny, na agarové plotny, či do jiných medií, se dále odvíjejí metody následné detekce.

Srovnání jednotlivých systémů v parametrech: citlivost, selektivita a odolnost při využití v bojových podmínkách v podstatě neexistuje. Občas lze nalézt články popisující experimenty v polních podmínkách [3] pro detekci uměle šířených [4] nebo přírodních bioaerosolů. Význam včasné detekce nasazení BBL je velmi vysoký z hlediska omezení potenciálních následků díky rychlému započetí léčebných a preventivních opatření.

1 Detekční systémy a zařízení

Pokud chceme hovořit o zařízení pro detekci a identifikaci biologických látek, můžeme použít několik způsobů třídění. Jednou z možností je třídit zařízení dle své mobility a technických parametrů. Pak můžeme hovořit o ručním přenosném detekčním zařízení, zařízení pro detekci v mobilní laboratoři, screeningovém zařízení, pevně umístěném detekčním systému, systému dálkové detekce (Standoff Detection Systems), biologických vzorkovačích a sadách biologických reagencií.

Druhou možností je třídění v závislosti na principu, který je použit pro detekci a identifikaci:

Parametrem, který ovlivňuje výběr zařízení a metody pro detekci a identifikaci, je i to, v jaké formě získáme vzorky - kapalina, zkoncentrovaný roztok, agarová plotna. Jaké množství vzorků a v jakém časovém horizontu potřebujeme zpracovat - jeden nebo stovky? V jakém časové horizontu výsledky dostaneme - minuty nebo hodiny? Potřebujeme přesné určení konkrétného druhu mikroorganismu nebo nám stačí jen vědět o přítomnosti potencionálně rizikového oblaku aerosolu? Jak často bude systém spouštět falešné alarmy na přítomnost nebezpečných biologických látek? Získáme falešně pozitivní nebo falešně negativní výsledky? Co vše může ovlivnit průběh měření a s čím mohou vzorky interferovat?

Takových otázek je spousta. Mezi další nezanedbatelné faktory ovlivňující výběr zařízení nebo metody patří i cena a náročnost kladená na obsluhu.

1.1 Jednorázové ruční systémy

Jednoduché ruční systémy jsou obvykle založeny na imunochromatickém testu (Lateral Flow Immunoassay), kdy kapalný vzorek spontánně proudí porézním prostředím, strhává s sebou nanesené a vysušené reagencie a interaguje s imobilizovanými protilátkami v detekční a kontrolní zóně. Výsledek stanovení se buď vyhodnotí vizuálně, nebo pomocí jednoduchého analyzátoru - optického skeneru. Tyto systémy jsou určeny pro rychlé stanovení v poli a klinické laboratoři. Tyto testy jsou obvykle jednorázové, levné, s rychlou odezvou (asi 15 minut), ale jsou navrženy tak, že určí jen jeden organismus/agent ve vzorku a nejsou tak citlivé jako klinické laboratoře. Přestože jsou tyto testy vhodné pro použití v terénu, existuje jen málo jiných dostupných zdrojů informací o jejich parametrech, než je firemní literetura, webové stránky a reklamní prospekty.

Zařízení pracující na tomto principu vyvíjí mnoho společností, speciálně pro biologické rizikové látky, jako jsou Ricin, SEB nebo botulotoxin, Bacillus anthracis, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Brucella spp., vir varioly. Zástupci různých systémů jsou ENVI Assay System Gold Gold a FL (Environics), SMART (R) (New Horizons Diagnostics Corporation), BioThreat Alert a Redline Alert (Tetracore), RAMP (Response Biomedical Corp.), Alert(TM) Biodetection (GenPrime, Inc.), HHA a HHMA (ANP Tech), BADD(TM) BioWarfare Agent Detection Devices (ADVNT Biotechnologie) [5, 6, 7].

1.2 Imunologické detekční techniky

Polymerázová řetězová reakce (PCR)


BioSeeq


BioSeeq

Polymerázová řetězová reakce je dnes jednou z nejčastěji používaných metod pro identifikaci mikroorganismů v klinické laboratoři. Na jejím principu pracuje hned několik malých přenosných zařízení, vhodných i pro polní využití. Jsou to Bio-Seeq (TM) Plus od Smith Detection, R.A.P.I.D a RAZOR od společnosti Idaho Technology a HANAA vyvinutý v Lawrence Livermore National Laboratory.

Bio-Seeq (TM) Plus [2, 8] využívá LATE-PCR (TM) (Linear After the Exponential Polymerase Chain Reaction) technologii. Základem jednotky Bio-Seeq (obr. 2) je šest detekčních modulů, které obsahují termocykler, optickou čtečku a alarm. Každý modul má dva nezávislé optické kanály, které mohou být použity během jediného testu. S vhodným činidlem tyto kanály umožňují uživateli měřit cílový vzorek s  pozitivní kontrolou ve stejné trubici, čímž odpadá nutnost připravit samostatnou pozitivní kontrolu.

Další systém jeRuggedized Advanced Pathogen Identification (R.A.P.I.D.) [2, 3, 9] vycházející z platformy fluorescenční PCR v reálném čase využívající kyty specifických reagencií. Lze tak identifikovat až 8 patogenů současně s pozitivní a negativní kontrolou. Stejný princip RT-PCR použila společnost také pro další zařízení s názvem RAZOR [5, 10].


HANNA

Provoz HANAA (obr. 3) je založen na detekci DNA pomocí fluorescenčně značené sondy v průběhu PCR - Taqman.

Existují také další zařízení, využívájící různé metody PCR, např. SmartCycler (R) [11], GeneXpert Systém, oba od firmy Cepheid, COBAS AMPLICOR(TM) Analyzer či LightCycler (TM) od Roche Applied Science, které lze použít v mobilních laboratořích nebo začleněné do větších systémů.

ELISA

Proteinový ,,čip"ArrayTube [12, 13] od společnosti Clondiag je v podstatě mnohakanálový imunosensor s  optickým vyhodnocením signálu pomocí CCD detektoru. Jedná se o sendvičové imunostanovení s křenovou peroxidázou (HRP) jako značkou a precipitujícím substrátem, kdy je použita mikrozkumavka, v jejímž dnu je umístěn multispot se souborem imobilizovaných protilátek. Jedním stanovením lze detekovat pět BA současně při době stanovení 90 min (obr. 4).

Biosensor/imunosensor


ArrayTube

Array Biosensor (Naval Research Laboratory) [14, 15] je rychlý detektor pro vícenásobnou detekci biologických agents v různých typech vzorků vhodný pro polní nasazení. Jako rozpoznávací prvky jsou používány protilátky. Řada různých protilátek je navázaná na konkrétních místech povrchu mikroskopického sklíčka a slouží k zachycení agents ze vzorku. Další, fluorescenčně značené protilátky (,,tracer"), se váží na zachycený organismus a výsledný ,,sendvič" je detekován pomocí CCD kamery. Je-li v systému více typů specifických protilátek a tracerů, vážou své specifické agents, a tak umožní detekovat a identifikovat několik biologických látek současně v jednom měření. Testy jsou rychlé (10-15 min), citlivé a specifické.

Biosensor 2200R (obr. 5) a novější verze (QTL Biodetection) pracují na principu imunosensoru, kdy vzorek je smíchán s magnetickými částicemi a vzniklý sendvičový komplex je označen fluorescenčně. Po zachycení magnetických částic v citlivé oblasti se změří intenzita fluorescence. Udává se, že rychlost měření je jen 5 min. Testy jsou ve formě výměnných zásobníků obsahujících i potřebné reagencie. Hmotnost systému je pouze 2,7 kg.


Biosensor 2200R

Bio Detector, v licenci Smiths Detection - Edgewood, Inc. a Molecular Device Corporation, je automatizovaný detektor biologických látek, který současně rozpozná až osm různých agents. Využívá principů ELISA se světlem adresovatelným potenciometrickým snímačem (LAPS).

Během separačního stupně biotinem potažené proužky zachycují imunokomplexy na osmi různých místech. Jsou využívány fluorescenčně značené protilátky konjugované s enzymem ureázy. Během detekční fáze ureáza chemicky reaguje s roztokem močoviny a způsobuje změnu pH, která je sledována pomocí LAPS, a tak je vyhodnocena přítomnost BA. Rychlost změn je přímo úměrná množství BA. Snadno lze začlenit další testy pro detekci nových a nově vzniklých biologických látek. Systém lze vyrobit i jako přenosný.

BioBriefcase (Lawrence Livermore National Laboratory) je kompaktní automatizovaný detektor BA, který může pracovat autonomně zhruba 30 dní bez údržby. Dokáže detekovat více než 20 různých bakterií, virů a bílkovin pomocí kombinace imunostanovení a detekce DNA/RNA a lze přidávat další kombinace testů. Lze ho použít pro pasivní monitorování životního prostředí nebo jako aerosolový kolektor pro připojení k polní laboratoři.

PR2 Model 1500 od Meso Scale Diagnostics L.L.D má začleněné zařízení pro vzorkování aerosolu a multistanovení probíhá s využitím protilátek. Detekce je uskutečněna pomocí elektrochemiluminiscence vyhodnocované CCD kamerou.

1.3 Fyzikální metody

Fluorescenční metody

Fluorescence vychází z excitace molekulárních složek materiálu světlem, obvykle v ultrafialové (UV) oblasti spektra. Excitovaná složka se spontánně vrátí do neexcitovaného stavu s následnou emisí světla o různých vlnových délkách. Vzhledem k tomu, že emisní spektrum je specifické, lze tento jev využít k detekci biologických materiálů.


FLAPS


RAPTOR


SmartBio Sensor

SmartBio Sensor (SBS) [5] od Smiths (obr. 6) umožňuje detekci biologických látek v ovzduší v reálném čase. SBS průběžně vzorkuje vzduch, na řadu poloselektivních optických biosenzorů zachytává biologická agents, pro která jsou získaná charakteristická fluorescenční spektra. Současný prototyp používá osmisenzorové pole. Vzorky jsou uchovávány pro další případnou analýzu. SBS by měl reagovat i na neočekávané nebo geneticky modifikované organismy, které by jiné systémy pro specifickou detekci nemusely zaznamenat.

RAPTOR (Research International, Inc) je automatizované fluoroimunostanovení pro rychlou detekci proteinů toxinů, virů, bakterií [16, 17] i výbušnin v rozličných matricích - ve vodě, půdních extraktech, ze vzduchu, ve vzorcích potravin.

Analyte 2000 (Research International, Inc) je čtyřkanálový fluorometr využívající fluoroimunostanovení se zhášivou vlnou (evanescent-wave fluoroimmunoassays) pro detekci biomolekul. Toto zařízení s udávanou citlivostí ppb pro bílkoviny, viry, bakterie a spory sleduje reakci protilátka/antigen uvnitř vlnovodu pomocí fluorescenčně značené látky.

Fluorescence Aerosol Particle Sensor (FLAPS) [18] obsahuje laser, který  využívá fluorescence aerosolových částic k určení velikosti částic a pro další informace k jejich identifikaci. Variací FLAPS je Ultra Violet Aerodynamic Particle Sizer (UV-APS) [19], který používá měření doby letu částice, rozptyl světla a intenzitu UV fluorescence pro nespecifickou detekci biologických látek ve vzorcích ovzduší. UVAPS (stejně jako FLAPS) jsou komerční produkty TSI Inc.

VeroTect kombinuje osvědčenou technologii ASAS (Aerosol Size And Shape) firmy Biral, určující velikost aerosolů a tvar částic pomocí fluorescence s excitací při 280 nm.

Průtoková cytometrie

Průtoková cytometrie umožňuje diferenciaci a zjištění přesných počtů buněk obsažených v suspenzi vzorku na základě jejich různých optických vlastností. Metoda využívá jednak rozptylu světla (přímý a boční rozptyl) a jednak fluorescence jednotlivých buněk. Buňky a nebuněčné struktury (bakterie, viry) neobsahují fluorescenční pigmenty, mohou však být značeny pomocí fluorescenčních substrátů, které se nejčastěji váží na jejich DNA.

MICROCYTE(R) Field (BioDETECT AS) je jediný mobilní průtokový cytometr na trhu pro ověření potenciálně kontaminovaných zdrojů nebo podezřelých materiálů. Data jsou zobrazena jako 2barevný histogram nebo jako graf.

Optické metody

Systémy dálkové detekce aerosolů, tzv. LIDAR (Light Detection and Ranging) jsou konstruovány pro detekci a identifikaci biologických látek ve větších vzdálenostech, předtím, než se agents dostane k jiným typům detektoru. Není využíván žádný systém odběru vzorků, ale pouze laser. Krátké pulzy laseru procházejí atmosférou a část záření se odrazí zpět od částic v atmosféře, jako jsou molekuly, aerosol, mraky nebo prach. Tyto systémy jsou schopny rozlišit malé částice, a to v rozsahu 30 km až 50 km, neumožňují rozlišit druh částic v atmosféře, tj. zda se jedná o BBL.

Long Range Biological Stand-off Detection System (LR-BSDS) je systém rychlého varování pro podporu pozemních sil s dosahem 30 km, je navržen pro použití ve vrtulníku UH-60.


MAB

Systém Biological Agent Warning Sensor (BAWS) s označením BAWS III používá tříkanálové fotonové fluorescence čidla. Laserový paprsek osvětluje vzorek proudu vzduchu a tři fotonásobiče s vlnovou délkou 266 nm, 300 nm-400 nm a 400 nm-550 nm testují odrážené fotony. Algoritmus pro spuštění alarmu sleduje výstupní signál fluorescence a elastického zpětného UV rozptylu a porovnává je s 5-10 minut starými výsledky. Klasifikuje výsledky jako interferent (prach), potenciální bioaerosol (spustí se alarm), nebo jako neznámý mrak.

Spektrometrie

Biological Alarm Monitor (MAB) od společnosti Proengin USA (obr. 7) využívá principu detekce založené na plamenové spektroskopii. Jedná se o přenosný systém pracující kontinuálně, kdy nasávané částice procházejí vodíkovým plamenem, kde jsou excitovány, a emitované záření je průběžně analyzováno a srovnáváno s údaji knihovny obsahující cílové mikroorganismy a toxiny.

BioProfiler od společnosti Bruker Daltonics používá k identifikaci mikroorganismů hmotnostní spektrometrii, která umožňuje spolehlivou identifikaci neznámých mikroorganismů z jejich proteinových ,,otisků prstů" v MALDI-TOF hmotnostních spektrech porovnáním se seznamy dostupných databází. K dispozici jsou příruční databáze, včetně databáze bakterií biologických bojových látek a lze přidat i svou vlastní databázi.


CBMS

Chemical Biological Mass Spectrometer Block (CBMS) je systém založený na přímém odběru vzorků a termoanalýze/derivatizaci biologických částic (obr. 8). Tento ,,suchý" systém minimalizuje logistickou zátěž a provozní náklady, nabízí výrazné snížení hmotnosti, velikosti a spotřeby energie oproti současným systémům. CBMS Block II je určen pro použití v průzkumném vozidle a dalších mobilních detekčních systémech.

1.4 Integrované detekční systémy

Integrované detekční systémy se většinou skládají z více komponent. Zařízení pro detekci mají relativně nízkou specifitu, ale vysokou rychlost odezvy. Obvykle pracují na fyzikálním principu, kdy kontinuálně sledují profil a složení částic v daném prostředí. Srovnává se s předchozími hodnotami a v případě výrazné odlišnosti nebo v případě nalezení dat odpovídajícím profilům známých bojových biologických látek se nastartuje další činnost - buď okamžité vyhlášení poplachu, nebo spuštění vzorkovací aparatury a následné potvrzení výsledku vhodnou identifikační metodou.

Interim Biological Agent Detektor (IBAD) je poloautomatizovaný detektor pro použití na moři (lodích). Systém se skládá z kombinace čítače částic, cyklonu (wet sampler) namontované na přídi lodi a HHAs ovládané manuálně uvnitř lodi. Systém je jednodušší, méně komplexnější než ostatní, je to dáno s ohledem na přirozené pozadí částic na moři, které je poměrně konstantní, a tak jsou schopnosti tohoto zařízení dostatečné.

Biological Integrated Detection System (BIDS) se skládá z 5 hlavních složek: vozidla, krytu, pomocných zařízení, zdroje energie a biologické detekční jednotky. Testovací zařízení jsou High Volume Aerodynamic Particle Sizer (HVAPS) - čítač částic, který sleduje jejich koncentraci a velikost; odběr vzorků kapaliny (LS) - mokrý kolektor s trvalým oplachem stěn a kontinuálním vzorkovacím/odbíracím zařízením; vzorkovací zařízení biologických vzorků - vysokoobjemový dvojstupňový impaktor, který zkoncentrovává vzorky; průtokový cytometr (FCM) pro automatické zpracování vzorků, který umožňuje rozlišit bakterie od přírodního biologického materiálu, jako jsou pyly a plísně; Threshold Workstation (THS). V budoucnu má být doplněn o biologický detektor a hmotnostní spektrometr [20].

THS sleduje specifickou reakci antigen-protilátka. Pokud Microluminometer nebo FCM zaznamená pozitivní výsledek, vzorek odebraný z LS je smíchám s  protilátkami proti specifickým biologickým činitelům a pak přefiltrován přes speciální cartridge. V případě přítomnosti konkrétní látky jsou tyto zachyceny na povrchu cartridge. Následně prochází přes cartridge další činidla se značeným enzymem. Cartridge je pak umístěna do čtečky, kde je přidán substrát. Polovodičový mikroprocesor sleduje malé změny v pH produkované reakcí enzym -substrát, která je přímo úměrná množství zachyceného agents. Threshold Workstation poskytuje simultánní detekci čtyř různých látek do 10 až 12 minut.


JBPDS_BAWS


JBPDS_MP


JBPDS_TRAILER

Joint Biological Point Detection System (JBPDS) je plně automatizovaný systém (obr.10), který se skládá z modulů zahrnujících BAWS (Bio Agent Warning Sensor), cyklonový koncentrátor, jednotku přenosu roztoků FTS (Fluidic Transfer System) a identifikační jednotku AHHA (Automated Hand-Held Assay). Potenciálně rizikové vzorky jsou poslány na potvrzení do laboratoře. Základní modul může být integrován do různých platforem (vozidla, lodě, přívěsy) nebo používán samostatně. JBPDS lze ovládat přímo, dálkově nebo přes síť; měl by být schopen v době kratší než 15 minut zjistit biologické bojové látky na úrovni nižší než BIDS a IBAD. Nicméně, použití JBPDS pro bojové podmínky je poněkud omezené, a to díky své velikosti a požadavkům na napájení.

Biological Integrated Detection System (X-BIDS) je zařízení složené z čítače/měřiče velikosti částic, bioluminiscence/fluorescence, průtokové cytometrie, hmotností spektroskopie a imunologické technologie. Je součástí zvláštního vozidla, které je vybaveno biologickým detekčním zařízením a využívá doplňkové technologie.

4WARN CB Systems je plně automatizovaný systém využívající detekci v reálném čase pomocí fluorescence a imunologických metod s využitím protilátek pro určení konkrétních agents. [20 ] Jednotka se skládá ze čtyř hlavních modulů - fluorescenčního detektoru částic; vzorkovacího zařízení - záchyt do kapaliny; baterií, pro případ ztráty vnější energie, a řídícího procesoru. Tento flexibilní design umožňuje použití v různých konfiguracích modulů podle potřeby konkrétních misí nebo platformy vozidel a lodí. Detekční schopnosti mohou být rozšířeny o nezávislé identifikační zařízení - imunotest nebo PCR.

Autonomous Pathogen Detection System, [21, 22] APDS byl vyvinut v Lawrence Livermore National Laboratory jako autonomní detektor pro záchyt částic ze vzduchu, převod do kapalné fáze a detekci pomocí imunostanovení a PCR. Umožňuje i archivaci podezřelých vzorků (obr. 11).


APDS

Edgewood Chemical and Biological Centre, ve spolupráci s BioVeris a Beckman Coulter, propojily své výrobky v systému ABATS (Automated Biological Agent Testing System). ABATS je navržen tak, aby byl schopen zpracovat 300 vzorků denně pouze s 1-2člennou obsluhou. Ve své základní konfiguraci sleduje šest zástupců BA, změnou činidel jej lze rozšířit na více než 20. ABATS je vysoce automatizovaný a byl navržen jako univerzální detekční zařízení pro různé druhy matric, jako je ovzduší, půda, voda a další různé materiály. V současnosti se ABATS skládá ze dvou termocyklerů, dávkovače kapaliny, vyhřívacího bloku, třepačky, automatického odběru s karuselem vzorků, vše propojené a ovládané kontrolním počítačem.

BioHawk(R) (Research International) je přenosný 8kanálový biologický systém s integrovaným aerosolovým sběračem. Je vhodný pro sledování biologických agens, toxinů, výbušnin a chemických kontaminantů s vysokou citlivostí. Výsledky jsou obvykle k dispozici za 10 až 20 minut. BioHawk lze naprogramovat pro monitorování okolního vzduchu a pro pravidelný transfer kapalného koncentrátu vzorku do detekční části. Detekční část se skládá z jednorázových 8kanálových fluorometrických testů s vysokou citlivostí. Kromě fyziologického pufru, který slouží k promytí systému mezi testy, jsou všechny specifické reagencie součástí výměnné jednorázové testové cartridge. Cílové agents jsou detekovány pomocí fluorescenčně značené specifické protilátky zachycené na optickém vlnovodu v rámci cartridge.

Závěr

Tento článek měl za cíl čtenáři přiblížit různé metody a systémy využitelné pro detekci a případnou identifikaci biologických látek, šířených především ve formě aerosolu. Systémy byly vybírány také s ohledem na jejich možné využití v rámci bojových akcí ať již přímo, nebo vřazením do mobilní laboratoře.

Díky sílící hrozbě různých teroristických útoků (antraxové poštovní zásilky v USA) a s  rozvojem nových technologií (PCR, SPR atd.) dochází hlavně v posledních deseti letech k výraznému rozvoji v oblasti detekce a identifikace biologických bojových látek. S ohledem na politický vývoj ve světě je vysoce pravděpodobné, že i v budoucnu budou tyto metody získávat na významu a lze očekávat další podstatný vývoj v této oblasti.

LITETATURA:
[1] ELDRIDGE, John. Patrolling a biological frontier. Jane's International Defence. Únor 2003, s. 38, ISSN 1476-2129, <dostupné z : www.alexeter.com/biow/images/articles_idr_020103.PDF>.
[2] GOODING, J. Justin. Biosensor technology for detection biological warfare agents: Recent progress and future trends. Analytica Chimica Acta. Roč. 559, č. 2, (2006), s. 137-151, ISSN 0003-2670.
[3] EVANS, B. T. N., HO J., ROY G., YEE Eugene. Remote detection and mapping of bioaerosols. J. Aerosol Sci. Roč. 25, č. 8, (1994), s. 1549-1566, ISSN 0021-8502.
[4] BROOKS, J. P. et. al. A national study on the residential impact of biological aerosols from the land application of biosolids. Journal of Applied Mikrobiology. Roč. 99, č. 2, (2005), s. 310-322, ISSN 1365-2672.
[5] Biological Detection System Technologies Technology and Industrial Base Study, A Primer on Biological Detection Technologies. Prepared for the North American Technology and Industrial Base Organization (NATIBO).  February 2001. <dostupné z: www.acq.osd.mil/ott/natibo/docs/BioDetectReport-2.pdf> [cit. 14.11.2008].
[6] LIM, Daniel V., SIMPSON Elizabeth A., KEAENS A., KRAMER Marianne F. Current and Developing Technologies for Monitoring Agent sof Bioterorism and Biowarfare. Clin. Microbiol. Rev. Roč. 18, č. 4, (2005), s. 583-607, ISSN 1098-6618.
[7] Guide for the Selection of Biological Agent Detection Equipment for Emergency First Responders, Guide 101-04. Svazek 2, (březen 2005). <dostupné z: https://www.rkb.us/download.cfm?id=294>,[cit. 11.8.2009].
[8] <[http://www.smithsdetection.com>, [léto 2009].
[9]<[http://www.idahotech.com>, [léto 2009].
[10] Guide for the Selection of Biological Agent Detection Equipment for Emergency First Responders, Guide 101-06. Vydání 2, (březen 2007). <dostupné z: www.eeel.nist.gov/oles/Publications/dhs101-06.pdf>, [cit. 12.8.2009].
[11] IVNITSKI, D. et. al. Nucleic acid approaches for detection and identification of biological warfare and infectious disease agents. Biotechniques. Roč. 35, č. 4, (2003), s. 862-9. ISSN 1940-9818.
[12] HUELSEWEH, Birgit, EHRICHT, Ralf, MARSCHALL, Hans-Juergen. A simple and rapid protein array based method for the simultaneous detection of biowarfare agents. Proteomics. Roč. 10, č. 6, (2006) s. 2972-81. ISSN 1615-9861.
[13] FELDER, K. M., HOELZLE, K., et. al. A DNA microarray facilitates the diagnosis of Bacillus anthracis in environmental symplex. Lett. Appl. Microbiol. Roč. 49, č. 3, (2009), s. 324-31. ISSN 1472-765X.
[14] LIGLER, Frances S. et al. An Automated, Portable Array Biosensor. <dostupné z: http://www.nrl.navy.mil/content.php?P=03REVIEW122>; [cit. podzim 2008 ].
[15] LIGLER, Frances S., SAPSFORD, Kim. E. et al. The Array Biosensor: Portable, Automated Systems. Analytical science. Roč. 23, č. 1, (2007), s. 5-10. ISSN 1348-2246.
[16] NANDURI, V., KIM, G. et al. Antibody Immobilization on Waveguides Using a Flow-Through System Shows Improved Listeria monocytogenesDetection in an Automated Fiber Optic Biosensor: RAPTORTM. Sensors.Roč. 6, č. 8, (2006), s. 808-822. ISSN 1424-8220.
[17] ANDERSON, G. P., ROWE-TAITT, CH. A., LIGLER, F. S. Raptor: a portable, automated biosensoru, First Conference on Point Detection for Chemical and Biological Defense. Williamsburg, Virginia. 23-27 October 2000. <dostupné z: http://www.resrchintl.com/pdf/jcpd1_gpa.PDF>, [ cit. 9.4.2010].
[18] HO, Jim. Future of biological aerosol detection. Analytica Chimica Acta. Roč. 457, č. 1, (2002), s. 125-148. ISSN 0003-2670.
[19] AGRANOVSKI, Victoria, RISOVSKI, Zoran et. al. Performance evaluation of the UVAPS: influence of physiological age of airborne bacteria and bacterial stress. Journal of Aerosol Science.Roč. 34, č. 12, (2003) s. 1711-1727. ISSN 0021-8502.
[20] <http://www.globalsecurity.org/military/systems/ground/bids.htm>, [léto 2009].
[21] HINDSON, B. J. et. al. Autonomous Detection of Aerosolized Biological Agents by Multiplexed Immunoassay with Polymerase Chain Reaction Confirmation. Anal. Chem. Roč. 77, č. 1, (2005), s. 284-289, ISSN 0003-2700.
[22]MAINELIS, Gediminas, MASQUELIER, Don, MAKAREWICZ, Antony, DZENITIS, John. Performance Characteristics of the Aerosol Collectorsof the Autonomous Pathogen Detection System (APDS). Aerosol Science and Technology. Roč. 39, č. 5, (2005), s.461-471. ISSN 1521-7388.


Close