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MEDIZINISCHER B-SCHUTZ IN DER BUNDESWEHR

FÄHIGKEITEN ZUR ABWEHR GEFÄHRLICHER INFEKTIONSKRANKHEITEN

Biologische (B-) Kampfstoffe werden - trotz des internationalen Verbots ihrer Herstellung oder ihres Einsatzes - insbesondere vor dem Hintergrund des internationalen Terrorismus auch heute noch als Bedrohung wahrgenommen.

Das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr in München ist das Kompetenzzentrum der Bundeswehr für den Medizinischen B-Schutz. Als Ressortforschungseinrichtung befasst es sich wissenschaftlich mit Agenzien, die potenziell als biologische Kampfstoffe eingesetzt werden können. Ein Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung diagnostischer Verfahren zum Nachweis von Gesundheitsstörungen durch biologische Kampfstoffe sowie zur Aufklärung unklarer Krankheitsausbrüche. Zu den in Frage kommenden Verursachern gehören zahlreiche Bakterien, Viren und Toxine. Diese zweifelfrei zu diagnostizieren und damit eine möglichst rasche Behandlung zu ermöglichen, ist eines der Ziele der Forschung und Entwicklung im Medizinischen B-Schutz. PhotoAbbildung 1: Am InstMikroBioBw entwickelte medizinische B-Probennahme-Ausstattung. Einsatzgerecht verpackt ermöglicht sie die Entnahme geeigneter biologischer Proben aus Menschen, Tieren und der Umwelt für Diagnostik und Bioforensik.

Während die Erkennung alltäglich vorkommender Bakterien und Viren im Rahmen der Routinediagnostik traditionell zu den Aufgaben der medizinischen Mikrobiologie gehört, handelt es sich bei der Identifizierung und Typisierung potentieller biologischer (B-) Kampfstoffe um einen verhältnismäßig jungen Zweig des Fachgebietes.
Am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr (InstMikroBioBw) werden seit 1984 Testverfahren zur raschen Erkennung und Typisierung solcher Agenzien und mit diesen verwandter Krankheitserreger entwickelt und erprobt. Der medizinische B-Schutz hat dabei als klassisches militärmedizinisches Gebiet die Aufgabe Erkrankungen durch potentielle B-Kampfstoffe bei Menschen und Tieren rasch zu erkennen, Therapieoptionen aufzuzeigen und geeignete Eindämmungsmaßnahmen zu empfehlen. Als weitere Elemente haben, ausgelöst durch die Milzbrand-Anschläge in den USA im Jahr 2001, die zweifelsfreie Identifizierung und die forensische Feintypisierung potentieller B-Kampfstoffe zusätzlich an Bedeutung gewonnen.
Das Spektrum der als potentielle B-Kampfstoffe in Frage kommenden Krankheitserreger und Toxine unterlag seit dem Ende des Kalten Krieges wesentlichen Veränderungen: In der Zeit des Kalten Krieges standen vor allem diejenigen Agenzien im Vordergrund, die Teil eines der offensiven staatlichen B-Waffen-Programme waren. Noch aus dieser Zeit stammende Konzepte zum Aufspüren großflächiger Ausbringungen von B-Kampstoffen in der Umwelt und zur Dekontamination ganzer Truppenverbände durch Kräfte der ABC-Abwehr-Truppe sind heute zunehmend als obsolet anzusehen.

Breites Erregerspektrum

In den letzten zwanzig Jahren rückten stattdessen neben den klassischen B-Kampfstoffen auch Infektionskrankheiten in das Blickfeld, die in einigen Regionen der Welt in Naturherden vorkommen und immer wieder zu Krankheitsausbrüchen führen („Emerging and Re-emerging Infectious Diseases“). In einer Zeit militärischer Operationen in weltweit aufflackernden Krisenherden können solche Ausbrüche, gleichgültig ob natürlichen oder artifiziellen Ursprungs, die militärische Operationsfähigkeit gefährden. Erfahrungen mehrerer NATO-Partner haben in den letzten Jahren gezeigt, dass einer derartigen Bedrohung nicht durch Aerosoldetektion oder automatische Spürgeräte begegnet werden kann. Ungewöhnliche menschliche Krankheitsfälle, festgestellt durch Kräfte des Sanitätsdienstes, werden vielmehr die ersten Hinweise auf eine mögliche Freisetzung eines B-Kampfstoffes geben. Dies bedingt im Hinblick auf die Gesamtfähigkeit ABC-Schutz der Bundeswehr einen gewissen Paradigmenwechsel, da der Sanitätsdienst medizinische B-Aufklärungsaufgaben im Rahmen seiner medizinischen Zuständigkeit federführend und nicht wie früher als medizinische Unterstützungsleistung im Rahmen einer ABC-Abwehr-Operation betreibt.
Die Liste der Krankheitserreger, die in diesem Zusammenhang zu nennen sind, ist lang und umfasst mittlerweile mehr als 40 Bakterien, Viren und Toxine. Der medizinische B-Schutz steht damit vor der Herausforderung, Nachweisverfahren und militärmedizinische Expertise für ein wesentliches größeres Spektrum an Krankheiten bereithalten zu müssen. Zudem kann sich die Untersuchung menschlicher Krankheitsfälle nicht mehr nur auf den bloßen Ausschluss potentieller B-Kampfstoffe beschränken. Vielmehr müssen auch noch zahlreiche klinisch relevante Differentialdiagnosen (wie beispielsweise Malaria, Meningokokken-Meningitis, Masern, Windpocken etc.) und andere epidemisch auftretende Infektionskrankheiten bei Ausbruchsuntersuchungen berücksichtigt werden.

PhotoAbbildung 2: Schnell-verlegbare B-Laborausrüstung des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr. Die auf handelsüblichen Geräten und Medizinprdokten aufbauende Zusammenstellung wurde unter militärwissenschaftlichen Gesichtspunkten ausgewählt und erprobt. Sie ist in feldtauglichen Transportkisten verpackt und ermöglicht den weltweiten Einsatz mikrobiologischer Fachexpertise innerhalb weniger Stunden. Mit Ausnahme des in der Natur als ausgerottet geltenden Variola-Virus (Erreger der Pocken) kommen alle potentiellen B-Kampfstoffe auch heute noch in weltweit verteilten Naturherden vor. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, bei einer vermuteten Freisetzung eines B-Kampfstoffes auch stets das natürliche Vorkommen der Erkrankung mit zu betrachten. Insbesondere die zunehmenden internationalen Militäreinsätze gerade in abgelegenen Gebieten der Erde machen ein Eindringen von Soldaten in solche Naturherde wahrscheinlich.
Innerhalb von wenigen Stunden muss dann eine durch potentielle B-Kampfstoffe ausgelöste Erkrankung erkannt und von anderen differentialdiagnostisch relevanten Krankheitsbildern unterschieden werden. Dazu sind zunächst Daten und Hintergrundinformationen über das Krankheitsgeschehen zu erheben.

Biologische Probennahme – nur mit Expertise möglich

Die Probennahme ist dabei das entscheidende Element dieser ersten Aufklärungsphase. Oft ergibt sich, basierend auf ersten Erkundungsergebnissen und den verfügbaren klinischen Angaben, nur eine einzige Gelegenheit, geeignetes biologisches Material aus Menschen, Tieren (auch Leichen und Kadavern) oder der Umwelt zu entnehmen. Dieses Material ist dann die Grundlage für alle weiteren operativen und forensischen Untersuchungen. Fehler und Versäumnisse in dieser Phase, etwa durch unzureichende Fachkenntnis oder mangelhafte Ausrüstung, können oftmals später nicht mehr ausgeglichen werden. Die Proben müssen zur Identifizierung des auslösenden Agens in verlegbare oder stationäre Labore gebracht werden und sind hierzu in geeigneten Probentransportgefäßen zu transportieren. Dabei müssen sie vor Verwechslungen und Manipulationen besonders geschützt werden.
Da eine mikrobiologischen, medizinischen und forensisch-wissenschaftlichen Anforderungen genügende B-Probennahme-Ausrüstung in der Bundeswehr nicht verfügbar war, wurde im Rahmen des Erprobungsauftrags des InstMikroBioBw eine entsprechende Ausstattung aus handelsüblichen Produkten ausgewählt und zusammengestellt (Abb.1). Sie ermöglicht die fachgerechte Entnahme von biologischem Material aus Menschen, Tieren, Lebensmitteln, Wasser und jeder anderen vermuteten Ansteckungsquelle in der Umwelt. Darüber hinaus entspricht sie auch allen Erfordernissen der forensischen Beweissicherung.
In der zweiten Phase der B-Aufklärung steht dann zunächst die Identifizierung des biologischen Agens im Vordergrund. Dies dient auch zur Bestätigung einer klinischen Verdachtsdiagnose und einer möglicherweise bereits begonnenen Behandlung von Erkrankten. Außerdem wird in dieser Phase innerhalb von Stunden bis Tagen der Nachweis einer möglichen Ansteckungsquelle zur Unterscheidung zwischen einem natürlichen Krankheitsausbruch (z. B. ausgehend von einem Naturreservoir) und einer möglicherweise absichtsvollen Freisetzung angestrebt. Neben den grundsätzlichen Maßnahmen zur Ausbruchs-Eindämmung und Surveillance sind bei einer absichtlichen Ausbringung biologischer Kampfstoffe erhebliche militärische, politische und juristische Reaktionen zu erwarten, die a priori besondere Anforderungen an die Zuverlässigkeit der durchgeführten Untersuchungen implizieren.
Ein seuchenhygienisches Ausbruchsmanagement kann hier erst nach der mikrobiologischen Sicherung des Krankheitserregers und nach Ausschluss von Differentialdiagnosen zur vollen Wirkung gebracht werden. Epidemiologische Falldefinitionen müssen dabei auf klinischen und mikrobiologischen Ergebnissen der B-Aufklärung aufbauen, können diese aber keinesfalls ersetzen. Ein mögliches B-Agens muss zunächst exakt identifiziert werden, bevor entscheidende Gegenmaßnahmen zum Schutz der Bevölkerung getroffen werden können. Sollte eine Früh- oder Echtzeit-Erkennung eines Krankheitserregers oder Toxins nicht möglich sein, so besteht die Gefahr, dass notwendige Maßnahmen nicht rechtzeitig er PhotoAbbildung 3: Alle mit der schnell-verlegbaren B-Laborausstattung des InstMikroBioBw ermittelten Ergebnisse werden durch einen Facharzt für Mikrobiologie, Virologie und Infektionsepidemiologie validiert und freigegeben. Zusätzliche Expertise steht aus den Gebieten der veterinärmedizinischen Mikrobiologie und der Molekularbiologie zur Verfügung. griffen werden und ansteckende Krankheiten sich über ein weites Areal ausbreiten und zu einer größeren Anzahl von Infizierten und Todesfällen führen.

Schnelle Labordiagnostik vor Ort

Viele traditionelle Methoden zur Typisierung von Bakterien, Viren oder biologischen Toxinen sind für diese operative Phase der B-Aufklärung allerdings zu zeit- und geräteintensiv: Verfahren für vermehrungsfähige Agenzien sind auf Anreicherungssysteme und auf die Isolierung in Kultursystemen angewiesen, gefolgt von biologischen Tests, mitunter auch von Verfahren zur weiteren serologischen oder genetischen Charakterisierung. Hierbei kann es teilweise Wochen dauern, bis die Ergebnisse vorliegen. Dies wäre für unmittelbare militärische oder juristische Entscheidungen eine nicht akzeptable Zeitdauer, insbesondere, wenn ein bioterroristisches Bedrohungsszenario im Raum steht. Anreicherungsverfahren wie die Bakterien- oder Viruskultur würden zudem zu einer erheblichen Erhöhung der biologischen Gefährdung des eingesetzten Laborpersonals beitragen. Durch den geschickten und sachgerechten Einsatz beispielweise hochempfindlicher molekularbiologischer und immunologischer Analyseverfahren kann dies jedoch ohne Nachteile für das B-Aufklärungsergebnis vermieden werden. Laborergebnisse aus der operativen Aufklärungsphase können zusammen mit epidemiologischen Daten und den ermittelten Hintergrundinformationen für eine erste Differenzierung zwischen einer natürlichen oder einer absichtlichen Ursache eines Ausbruchsgeschehens genutzt werden.
Um den Auftrag der Einsatzunterstützung selbst unter einfachen Umgebungsbedingungen im Auslandseinsatz erfüllen zu können, wurde am InstMikroBioBw eine schnell-verlegbare Laborausrüstung aus kommerziell verfügbaren Komponenten zusammengestellt, die es erlaubt, biologische Kampfstoffe und andere gefährliche Krankheitserreger verlässlich nachzuweisen. Damit ist es möglich, die Ursachen von Krankheitsausbrüchen bei Menschen und Tieren auch im Ausland mit modernsten mikrobiologischen Techniken zu untersuchen.
Die gesamte Ausrüstung ist in tropentauglichen, rollbaren Kisten verpackt. Sie ist innerhalb von 72 Stunden in einem Luftfahrzeug als Passagiergepäck verlegbar (Abb. 2) und je nach örtlichen Verhältnissen zwischen 6 und 12 Stunden nach Eintreffen am Einsatzort betriebsbereit. Der typische Platzbedarf ist dabei mit etwa 20 m2 für den Einsatz unter Feldbedingungen nur gering. Mit Hilfe verschiedener Materialien kann auf dieser Fläche an nahezu jedem beliebigen Ort eine Aufteilung in verschiedene getrennte Arbeitsbereiche eingerichtet werden. Die Aufbereitung unbekannter biologischer Proben kann zum Schutz des Laborpersonals bis zur sicheren Inaktivierung möglicher Krankheitserreger unter Feldbedingungen in einem faltbaren Handschuhkasten durchgeführt werden. Alle Laboruntersuchungen, Interpretationen und Befundungen werden durch hochqualifiziertes technisches, ärztliches und tierärztliches Fachpersonal durchgeführt (Abb. 3). Mit diesem Einsatz- und Ausrüstungskonzept erfüllt das InstMikroBioBw derzeit als einzige militärische Dienststelle der Bundeswehr die Anforderungen des Infektionsschutzgesetzes und der Tierseuchenerregerverordnung für Laboruntersuchungen mit vermuteten biologischen Kampfstoffen im Ausland.

PhotoAbbildung 4: Die am InstMikroBioBw entwickelte medizinische B-Laborausstattung im Einsatz bei der Bekämpfung eines Ebola-Ausbruchs in Guinea. Mikrobiologen des Instituts nahmen an dieser Labormission im Frühjahr 2014 im Auftrag der Weltgesundheitsorganisation WHO und als Teil eines multinationalen europäischen Konsortiums (European Mobile Lab Project, EMLab) teil. Die schnell-verlegbare B-Laborausstattung erlaubt die Identifizierung von Bakterien, Viren, Toxinen und bestimmten Parasiten selbst unter einfachen Laborbedingungen mit Hilfe der Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), verschiedenen immunologischen Schnelltests, aber auch mittels lichtmikroskopischer Untersuchungen und Immunfluoreszenztests. Da geeignete Nachweisverfahren oft nicht kommerziell verfügbar sind, wurden eigens für die Feldanwendung gefriergetrocknete Reagenziensätze am InstMikroBioBw entwickelt und validiert. Die eingesetzten Labormethoden und Laboraufzeichnungen erfüllen alle NATO-Anforderungen zur Probennahme und bestätigten Identifikation von biologischen Kampfstoffen. Das Untersuchungsspektrum umfasst derzeit mehr als zwanzig Krankheiten, darunter unter anderem Milzbrand, Pest, Tularämie, Q-Fieber, Brucellose, Krim-Kongo-Hämorrhagisches Fieber, Ebola-Fieber, Pocken, Influenza und Malaria.
Das derzeit in Europa einzigartige Ausrüstungskonzept wurde zur Grundlage eines Moduls der neuen NATO-Standardisierungsvereinbarung (STANAG) 2529 „Rapidly Deployable Outbreak Investigation Teams (RDOIT)“ gemacht. Im Rahmen eines multinationalen europäischen Forschungsprojekts wurde die Laborausrüstung überdies in mehreren afrikanischen Ländern erprobt und zuletzt mit großem Erfolg 2014 für die Weltgesundheitsorganisation bei der Bekämpfung eines Ebola-Ausbruchs in Guinea eingesetzt (Abb. 4)

Akkreditierte Diagnostik in München

Die zweifelsfreie Bestätigung und Feintypisierung des B-Kampfstoffes zur Sicherung der bioforensischen Beweiskette vom B-Kampfstoff zur Täterquelle als Grundlage einer rechtlichen und politischen Beurteilung sind die entscheidenden Aufgaben der letzten, bis zu mehreren Wochen dauernden, Phase der B-Aufklärung. Zahlreiche dafür erforderliche Bestätigungsverfahren wurden seit 2008 durch die Forschungsabteilungen des InstMikroBioBw entwickelt, erprobt und validiert. Insgesamt stehen nun Tests für mehr als 120 Untersuchungsparameter zur Verfügung. Diese medizinisch-wissenschaftliche Entwicklungsarbeit ermöglicht jetzt das Vorhalten einer breiten Palette mit der DIN-EN-ISO-Norm 15182 konformer in-vitro-Diagnostika für die medizinische B-Aufklärung. Die Tests werden durch den Zentralbereich Diagnostik des Instituts allen Bedarfsträgern im Sanitätsdienst angeboten (Abb. 5). Alle Untersuchungen werden gemäß festgelegter Algorithmen durchgeführt, die Ergebnisse interpretiert sowie die Befunde mit Hilfe eines Labor-Datenverarbeitungssystems erstellt und berichtet. Die europäische in-vitro-Diagnostika-Richtlinie, aber auch nationale Vorgaben, wie z. B. die Richtlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen (RiliBÄK), stellen dabei hohe Anforderungen an in-vitro-Diagnostika aus Eigenherstellung (In-house-Tests). Dazu gehört auch, dass alle Tests und Arbeitsabläufe in ein Qualitätsmanagementsystem eingebunden, vor der Anwendung einer umfangreichen Validation unterzogen und fortwährend überwacht werden müssen.
Bei kommerziell verfügbaren in-vitro Diagnostika wird die Validation vom Hersteller durchgeführt und durch die CE-Markierung ausgewiesen, während sie bei sogenannten In-house-Verfahren durch den Anwender selbst erfolgen muss. Letzteres trifft auf die meisten im Medizinischen B-Schutz eingesetzten Testverfahren zu, da kommerzielle Tests für die in der Natur nur selten vorkommenden B-Erreger meist nicht zur Verfügung stehen. Die Validation beinhaltet neben der Prüfung der Leistungsfähigkeit unter anderem auch aufwändige Untersuchungen zur Richtigkeit, Präzision und Linearität der erzeugten Ergebnisse. Eine externe Qualitätssicherung erfolgt national und international in militärischen und zivilen Diagnostik- und Forschungsverbünden, insbesondere durch die Teilnahme an Ringversuchen, bei denen Probenmaterialien von unabhängigen Stellen versandt und die Untersuchungsergebnisse bewertet werden. In Anerkennung der hohen Qualitätsstandards und der Fachexpertise sind am InstMikroBioBw seit Jahren die deutschen Konsiliarlabore für Tularämie (Hasenpest) und Brucellose angesiedelt. PhotoAbbildung 5: Ausschnitt aus dem Materialbegleitschein des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr. Mehr als 120 Untersuchungsverfahren werden für militärische und zivile Einsender angeboten und entsprechend den Anforderungen der Norm DIN EN ISO 15189 durchgeführt.

Bioforensik – unmöglich ohne Wissenschaft

Da die meisten Analysen der diagnostischen Laboruntersuchungen auf dem Nachweis stabiler Zielstrukturen (Erbsubstanz, Proteine/Antigene) beruhen, können aus den ersten Untersuchungen meist keine belastbaren Aussagen zur exakten Herkunft der Krankheitserreger gemacht werden. Ziel der weiteren bioforensischen Untersuchungen ist es daher, geographisch oder auch zeitlich voneinander getrennte Stämme oder Varianten eines Erregers schnell und mit ausreichender Sicherheit zu unterscheiden, um bei Hinweisen auf eine absichtliche Ausbringung zeitnah weitere Maßnahmen auslösen zu können. Somit erfolgt erst in dieser Phase eines B-Aufklärungseinsatzes eine forensische Feintypisierung und zweifelsfreie Identifizierung eines B-Kampfstoffes. Das Vorgehen wird dabei maßgeblich durch die mikrobiologischen und epidemiologischen Erkenntnisse der Probennahme und der operativen Phase der B-Aufklärung bestimmt. Für die Ausrichtung der mikrobiologisch-forensischen Untersuchungen können aber auch weitere zu diesem Zeitpunkt vorliegende kriminaltechnische, polizeiliche oder nachrichtendienstliche Ermittlungsergebnisse wichtig sein.
Eine wesentliche Aufgabe der bioforensischen Feintypisierung ist es, eine mikrobiologische Beweiskette vom ausgebrachten B-Kampfstoff zu einer Täterquelle zu errichten. Umfangreiche Datensammlungen über verschiedene genetische Typen der unterschiedlichsten B-Agenzien sowie damit assoziierter Erkenntnisse über geographisches Vorkommen, Verbreitung in Laboren, Stammhistorie etc. sind hierfür eine unerlässliche Voraussetzung. Die Beweiskette beruht dann auf Typisierungsmethoden, die eine genauere Differenzierung zwischen Stämmen der gleichen Spezies eines B-Kampfstoffs („genetischer Fingerabdruck“) und die Zuordnung zu bekannten genetischen Varianten erlauben. Einige der heute am InstMikroBioBw in der bioforensischen Feintypisierung verwendeten Methoden erfassen daher die kleinsten genetischen Variationen, welche bereits nach wenigen Kulturpassagen eines Erregers auftreten können.

Resümee

Die nach dem Ende des Kalten Krieges bestehenden Bedrohungen stellen auch den Medizinischen B-Schutz vor neue Herausforderungen. Die als Antwort darauf am InstMikroBioBw entwickelten Konzepte, Verfahren und Ausrüstungsmodule zur schnellen Aufklärung unbekannter Krankheitsausbrüche in Einsatzgebieten der Bundeswehr konnten mittlerweile in realen Einsätzen praktisch erprobt werden und haben sich hervorragend bewährt. International werden die Fähigkeiten in den Bereichen B-Probennahme und Feldlaboranalytik derzeit als beispielgebende Standards angesehen. Die am InstMikroBioBw in München verfügbare akkreditierte Diagnostik für gefährliche Infektionserreger und biologische Kampfstoffe entspricht den höchsten Qualitätsanforderungen an mikrobiologische Untersuchungen in Europa. Im internationalen Vergleich verfügt der Sanitätsdienst damit derzeit über im militärischen Bereich einzigartige Fähigkeiten im B-Schutz und zum Schutz deutscher Soldaten vor gefährlichen Infektionskrankheiten.

Datum: 18.10.2014

Quelle: Wehrmedizin und Wehrpharmazie 2014/3