Лабораторія інфекційних захворювань

У новій лабораторії з дослідження інфекційних захворювань вчені будуть розгадувати таємниці найнебезпечніших в світі хвороб.

Зовні об'єднаний дослідницький блок в Форт-Детрике, штат Меріленд, виглядає зовсім не загрозливо. В архітектурі скромного триповерхової будівлі зі скла і каменю відчувається рука майстра, знайомого з тим, як пов'язана освітленість робочого місця з продуктивністю праці. М'які шкіряні крісла у внутрішньому критому дворику розташовують до спокійного медитації. Тут же планується влаштувати кафетерій - так вирішено в Національному інституті алергії і інфекційних захворювань, якому підпорядковується цей лабораторний комплекс.

Скафандр біозахисту оберігає Пітера Джарлінга, головного мисливця за вірусами в об'єднаній дослідницької лабораторії в Форт-Детрике, від впливу смертельної інфекції

Зараз будівництво цієї будівлі, який обійшовся в $ 105 млн, добігає кінця, і всередині нього вже змонтована лабораторія, яка представляє собою приміщення в 1000 м², загерметизоване не гірше підводного човна. Вже наступної весни тридцять вчених, надівши захисні гермокостюми і шоломи, займуться в цих кімнатах новаторськими дослідженнями, намагаючись зрозуміти, як збудники смертельних інфекцій вбивають ті організми, в яких їм вдається поселитися.

До числа найбільш жахливих захворювань, що викликаються вірусами, можна віднести геморагічні лихоманки Марбург і Ебола. Днів сім після моменту зараження пацієнти відчувають легке нездужання, як при звичайній застуді, але потім вірус починає шалено розмножуватися, руйнуючи стінки капілярів, через що у хворого кров сочиться через шкіру, з рота, очей і вух. Внутрішні органи перетворюються на безформну криваву масу. Деякі з таких вірусів вбивають до 90% тих, що заразилися, а передаються вони повітряно-крапельним шляхом, при кашлі та чханні.

Вченим до цих пір незрозуміло, як розвиваються ці смертельно небезпечні захворювання, які навіть на їх батьківщині - в Африці - зустрічаються дуже рідко. У всьому світі є лише невелика жменька лабораторій, досить обладнаних для експериментів з цими вкрай заразні патогенами, і ні в одній з цих лабораторій немає такої витонченої діагностичної апаратури, як в IRF. Нові знання, які будуть отримані в цій лабораторії, можливо, дозволять навіть при самому трагічному повороті подій не допустити перетворення спалаху захворювання в великомасштабну епідемію.

Журналістів до цього закладу краще пускати зараз, коли воно ще не працює, тобто поки сюди ще не завезли зразки смертельно небезпечних мікроорганізмів. «Це взагалі єдино можливий час», - говорить Джейсон Парагас, 37-річний заступник директора лабораторії з наукових питань, один з 30 співробітників, які скоро будуть працювати в цій строго ізольованою лабораторії. Майже три роки він віддавав всі свої сили її створення, так що кращого екскурсовода годі й шукати.

Свіже повітря Повітря в лабораторію надходить з цілого лабіринту трубопроводів через батареї з фільтрів, кожний з яких видаляє з повітря більш ніж 99% частинок, розміром перевищують 0,3 мікрона. Як говорить персонал лабораторії, повітря залишає будівлю чистішим, ніж був, коли його засмоктали з вулиці.

Парагас стоїть на кордоні, що розділяє дві суміжні лабораторії - зовнішню, де будуть працювати з «просто» вельми небезпечними збудниками, і внутрішню, пристосовану під маніпуляції з самими смертельними патогенами світу. Зовнішня зона являє собою медичний аналог в'язниці суворого режиму - третій рівень біологічної безпеки (Biosafety Level 3, BSL-3). Внутрішній блок - це BSL-4, четвертий рівень, тобто зона, де забезпечені всі мислимі заходи захисту. Якщо з бубонної чумою можна працювати в лабораторії третього рівня, то лихоманку Ебола і інших вбивць, проти яких поки не знайдено захисту, не можна випускати за межі четвертого рівня.

Щоб потрапити в блок четвертого рівня, Парагас проходить через повітряний шлюз, утворений двома сталевими дверима, і набирає секретний код, від якого спрацьовує магнітний замок перших дверей. Одночасно по всій будівлі включається автоматична система захисту, і у всіх приміщеннях змінюється тиск повітря. Система захисту управляє повітряними потоками, підвищуючи тиск в третій зоні і знижуючи в повітряному шлюзі. Коли Парагас буде готовий увійти в четверту зону, система забезпечить повітряний потік, спрямований з шлюзу в четверту зону, де підтримується найнижчий тиск. Завдяки цій хитрості патогенні організми не зможуть вирватися назовні. Чим вище рівень захисту приміщення, тим нижче в ньому тиск повітря. «Наша биозащита побудована на вакуумі, - каже Парагас, - через будь-яку пролом на кордоні захищеної зони повітря буде втягуватися у внутрішній простір».

Загоряється зелена лампочка - шлюз дозволяє відкрити другі двері і вступити в зону четвертого рівня. Люмінесцентні лампи приховані в герметичних ліхтарях, щоб в щілинах не могли сховатися мікроорганізми. Їх світло відбивається від панелей з нержавіючої сталі, які буде легко дезінфікувати. Стіни відливають маслянистим блиском - це шар епоксидного герметика, нанесеного на всі поверхні. Електророзетки і розводка, що проходить крізь цю ізоляцію, також укладені в герметичні кожухи і наглухо залиті епоксидкой.

Відразу після запуску в експлуатацію лабораторії на четвертому рівні в ній почнуться експерименти на тваринах. Оскільки примати реагують на ці захворювання приблизно так само, як і люди, багато експерименти будуть проводитися саме на них. Вчені цілком усвідомлюють моральні аспекти використання мавп в своїх дослідах, проте всім зрозуміло, що загроза, пов'язана з цими страшними хворобами, не залишає можливостей обійтися без експериментів на найближчих родичів людини.

Чиста вода Вода і знезаражувальні добавки з раковин і душових стікають в відстійник місткістю в 6 т. У цих баках рідина під тиском нагрівають до температури 150 ° C, вбиваючи все живе, що могло б залишитися після впливу дезінфікуючих розчинів.

Директор лабораторії Пітер Джарлінг більше трьох десятиліть займається дослідженням інфекційних захворювань, але і зараз визнає, що принципи розвитку багатьох хвороб залишаються для нього таємницею. «Тварини гинуть через відмову всіх систем життєдіяльності, - каже Джарлінг, - але що є причиною цих фатальних подій?» У пошуках відповіді на це питання дослідники мають намір використовувати медичні сканери, які встановлені в «четвертої зоні» в чотирьох суміжних кімнатах. Такого обладнання немає ні в одній біоізолірованной лабораторії світу.

Кожен з апаратів видає свій пакет інформації - позитронно-емісійної сканер виявляє пошкодження тканин і внутрішніх органів, магнітно-резонансний томограф прояснює деталі в картині судинної системи. Рентгенівський апарат виявляє патологію в грудній клітці і в легких, а скани, отримані на комп'ютерному томографі, дозволять виявляти набряки мозку. І так, кадр за кадром, всі ці прилади будуть відтворювати загальну і повну картину того, як геморагічна лихоманка Ебола поступово руйнує здоровий організм.

Хороший огляд Заражені мавпи в своїх капсулах вдвигаются в робочу зону цього рентгенівського апарату, вперше пристосованого для використання в біозащіщенной лабораторії. Датчики можуть рухатися навколо капсули з твариною, повертаючись на всі 360 ° і надаючи повну картину розвитку хвороби.

Інженери з компанії Philips Medical Systems допрацювали ці сканери для більш зручного використання в «четвертої зоні». Зокрема, основні електронні компоненти, які складно загерметизувати, винесені за межі робочої зони лабораторії, так що вони легко доступні для ремонтних і налагоджувальних робіт. Крім того, встановлені спеціальні інфрачервоні і лазерні бар'єри, які повинні автоматично зупиняти рухомі частини сканерів, коли вони опиняються в небезпечній близькості до кордону між робочою зоною і зовнішнім світом. Архітектори подбали і про кімнатах, оточуючих блок сканерів. Так, в кімнаті з магнітно-резонансної апаратурою підлогу вистелена листами міді, які екранують прилад від електромагнітних наведень на радіочастотах. У цієї потужної медичної апаратури криються і свої власні небезпеки - наприклад, в позитронно-емісійного сканері використовуються радіоактивні речовини, а в магнітно-резонансному апараті електромагніти настільки сильні, що здатні стягувати з пальців кільця і ​​виламувати з суглобів металеві протези.

Для відстеження ситуації на різних етапах захворювання вчені з інших лабораторій зазвичай заражають одним і тим же патогеном відразу кілька тварин, а потім вбивають їх одне за іншим через певні інтервали часу. Обстеження трупів дозволяє відтворити етап за етапом все стадії розвитку хвороби. Персонал нової лабораторії зможе стежити за розвитком хвороби на прикладі всього однієї тварини. В результаті доведеться жертвувати набагато меншим числом піддослідних, а дані, отримані при тривалому обстеженні однієї тварини, будуть значно більш достовірні.

На першому етапі передбачається вести експерименти за схемою, коли захворювання безперешкодно розвивається в організмі носія. Сидять по клітинам мавп будуть перевозити на візках з віварію в робочу зону лабораторії, де вони отримають свою дозу вірусу у високій концентрації. Потім, щоб вірус почав розвиватися, необхідно почекати близько тижня. Далі лаборанти введуть мавпам седативні препарати і помістять їх у спеціальні капсули для обстеження в скануючої апаратурі. Фахівці-електронники, що працюють за межами «четвертої зони», зможуть дистанційно керувати сканерами, розгортаючи датчики навколо капсул зі сплячими тваринами. Прилади, дивлячись прямо крізь шкуру і кістки, виявлятимуть зони з ослабленим кровотоком і зниженою концентрацією кисню. Таким чином стане видно, які з органів і в якому порядку стають жертвою вірусу.

Коли вчені складуть саме загальне уявлення про розвиток хвороби, вони почнуть аналізувати реакцію тварин на різні ліки і лікувальні процедури. Потім спробують згрупувати захворювання, які протікають схожим чином, - тоді одні і ті ж методи лікування можна буде застосовувати при спалахах різних хвороб, а не розробляти спеціалізовані вакцини для кожного із загрозливих людям захворювань.

Перше правило в будь-якій війні - побільше дізнайся про свого супротивника. Ось чому нова лабораторія реально виявляється на передовій лінії в бою проти наших невидимих ​​ворогів, які до того ж схильні мутувати, перетворюючись в ще більш смертельну загрозу. Але Джарлінг, один з найдосвідченіших мисливців за вірусами у всій Америці, що не має ілюзій щодо того, хто сильніший в цьому поєдинку: «Ця зараза завжди виявляється на крок попереду».

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №6, червень 2009 ).