Master in Medicina NBC - 2011
Carbonchio
Prof. Pasquale Urbano
Collegamento al Consensus e alle linee guida europee
Carbonchio
Non è una cosa nuova, e in italiano
si è sempre chiamato così
È sbagliato chiamarlo ‘antrace’,
come fanno i media e come,
deplorevolmente, sta entrando
nell’uso
I vecchi testi lo trattano
estesamente
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Le microfotografie originali
di Robert Koch, sul bacillo
del carbonchio
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Vaccino anticarbonchioso
Storicamente, il carbonchio è la
prima malattia per prevenire la
quale fu dimostrato efficace un
vaccino batterico
Le colture attenuate ottenute da
Pasteur dimostrarono la loro
efficacia immunizzante nel famoso
esperimento di Pouilly Le Fort nel
1881.
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Vaccino anticarbonchioso
Il vaccino disponibile per uso umano è poco
efficace
PaxVax Inc. of San Diego will develop and test two formulations of an
anthrax vaccine. Both formulations contain a gene known as rPA, which
codes for a protein that protected animals from anthrax in previous
studies. The gene will be inserted into a carrier virus or vector called
adenovirus 4 and the vaccine delivered orally via a capsule. The
adenovirus 4 vector is a modified live-virus vaccine that has been
studied for more than 40 years and has a good safety profile in
humans. Pending review and approval of the Investigational New Drug
Application by the Food and Drug Administration, a Phase 1 clinical
trial will be conducted to select one of the two formulations for
further development. NIAID has made an initial award of $3.8 million
to PaxVax. If milestones are met, the total award could amount to
$23.8 million over the next nine years.
http://www.dddmag.com/news-NIH-Funding-Bioterror-Vaccines-10810.aspx
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Vaccino anticarbonchioso
Emergent Biosolutions of Rockville, Md., also will develop
and test an anthrax vaccine. The candidate vaccine
consists of Emergent's licensed anthrax vaccine
(BioThrax) combined with an adjuvant. The investigational
vaccine was tested in a Phase 1 clinical trial prior to the
award of this contract. This new award will fund
manufacturing, stability studies, assay validation and
clinical trial preparation of the vaccine product. After
those activities are completed, the vaccine may begin
Phase 2 clinical testing. Emergent has received an initial
award of $9.1 million, with the potential for total funding
of up to $28.7 million over the next four years if clinical
milestones are met.
http://www.dddmag.com/news-NIH-Funding-Bioterror-Vaccines-10810.aspx
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Diagnosi sulle carogne
Termoprecipitazione di Ascoli
[1911]
Estratti a caldo, filtrati, vengono
stratificati in una provetta sottile
contenente siero anticarbonchioso
La formazione di un anello di
precipitato è diagnostica
Importante presidio di
profilassi generale
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Carbonchio in Italia - 2011
At the moment there are 39 suspected
animals in Campania region (9
confirmed); and 14 in Basilicata.
V. nota
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Carbonchio
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Carbonchio
Agente: Bacillus
anthracis
Spore e tossine
Forme cutanee,
inalatorie**,
intestinali
**Sospettare il bioterrorismo
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Forma vegetativa di B. anthracis, da
coltura. Gram P. Urbano per il Master in Medicina NBC – 2011
Bacillus anthracis, SEM colorata
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Genetica
La virulenza dipende
dalla capsula,
governata dal
plasmide pXO2
La patogenicità dipende
da LF e EF, che si
associano a PA a
formare le esotossine,
governate dal plasmide
pXO1
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Capsula
Polimero di acido D-gammaglutammico, formato da CapD, una
transpeptidasi codificata nel plasmide
pXO2
Costituisce il principale fattore di
virulenza, non trovando recettori sui
macrofagi
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Tossine del Carbonchio
I componenti della tossina sono tre:
• OF [Oedema Factor]
• LF [Lethal Factor]
• PA [Protective Antigen]
Agiscono di concerto; isolatamente,
non sono tossici
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B. anthracis,
geni per le
tossine
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PA del Carbonchio
E’ la componente deputata a riconoscere
il recettore, l’ATR [Anthrax Toxin
Receptor], una proteina di membrana di
tipo I, che ha un dominio extracellulare
A del Fattore di von Willebrand.
Legata al recettore, PA viene clivato in
una parte che si perde e in un
frammento carbossiterminale che
eptamerizza, acquisendo affinità per OF
e/o LF, che possono così essere
endocitati e agire nel citosol.
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Intossicazione da B. anthracis
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Fattore Edemigeno (EF) del
carbonchio
•
89 kDa
Gene su plasmide pXO1
adenilato ciclasi calcio- e
calmodulina-dipendente, che porta
alla formazione di edema e
all’inibizione delle funzioni dei
polimorfonucleati
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Fattore Letale (LF) del Carbonchio
•90 kDa, gene sul plasmide pXO1
•LF è una zinco-endoproteasi che taglia
l’aminotermine delle protein-chinasi
mitogeno attivate 1 e 2 (MAPK K1 e K2),
inattivandole, e così bloccando la
trasduzione del segnale di attivazione
Nei macrofagi:
 attivazione del burst ossidativo  rilascio
di ossigeno reattivo
 induzione di citochine proinfiammatorie,
quali TNF e IL-1ß  shock e morte
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Spora del carbonchio e macrofago
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Carbonchio Cutaneo
Incubazione 1-12 gg
Papula -> vescicola o ulcera -> escara
centrale nera con alone rosso vivo, per
diversi giorni
Diagnosi: Batterioscopia (Gram) e
coltura da vescicole, base dell’ulcera,
sotto il margine dell’escara
Buona risposta al trattamento
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Carbonchio Cutaneo
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Carbonchio cutaneo
Realistico moulage in
cera, nel museo al
Chiostro del Maglio
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Epidemia di
carbonchio cutaneo
Nella prima guerra mondiale l’esercito
inglese fu colpita da una vasta epidemia di
carbonchio cutaneo, a localizzazione sul
viso e allo scalpo, per l’impiego di spazzole
e pennelli da barba prodotti in India con
setole contaminate da spore carbonchiose
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Carbonchio da inoculazione
•È in corso un’epidemia fra gli
eroinomani, in Scozia, UK e in
Germania
•Contaminazione con spore di
eroina proveniente
dall’Afganistan
•35 casi, 11 morti, al 22 aprile
2010
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Carbonchio da inoculazione
•È stata ventilata e discussa una possibile causa
dolosa, bioterroristica, della contaminazione
con spore carbonchiose dell’eroina grezza che
sta causando l’epidemia in Scozia e Inghilterra
•È considerata plausibile, ma improbabile e
praticamente non provabile
•Vedi nota
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Carbonchio da inoculazione
Su Lancet, Vol 375 April 17, 2010, p. 1345 è
presentato il quadro clinico di questa nuova
forma di carbonchio.
Estratto in:
http://download.thelancet.com/pdfs/journ
als/lancet/PIIS0140673610605739.pdf?id
=3d35b1b5aa0ec416:47766f9:12824058b61:683912719201079
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PROCEDURE OPERATIVE
PER LA GESTIONE DI
MATERIALE
POTENZIALMENTE
CONTAMINATO DA
Bacillus anthracis
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Resistenza spore
Le spore resistono per tempi lunghissimi,
indefiniti, agli agenti naturali di
disinfezione
Spore carbonchiose reperite negli intonaci
dei più vecchi tronchi della metropolitana
londinese
Spore ancora attive dopo 48 anni, nell’isola
di Gruinard contaminata per provare la
dispersione con testate di artiglieria
Rischio per scavi attraverso sito sepolcrale
del 16° secolo vedi nota
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BBC, 18 marzo 2010
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Gruinard Island
Nel 1942, utilizzata per esperimenti di guerra biologica
con spore carbonchiose.
Scelta per la lontananza da luoghi molto popolati;
confiscata ai pochi abitanti, poi risarciti, l’isola è servita
per provare le modalità di dispersione di spore caricate
su ordigni esplosivi.
Il successo delle prove è stato dimostrato dalla moria
del bestiame ripetutamente portato a pascolare
sull’isola. [Interdizione di area]
L’isola risultava ancora contaminata negli anni ‘80.
Nell’86 grossa operazione dei decontaminazione
280 tonnellate di formaldeide in acqua di mare spruzzata sui
196 ettari di superficie  buon esito e fine della quarantena
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Operation Dark Harvest
In 1981 British newspapers began receiving messages with the
heading "Operation Dark Harvest" which demanded that the
government decontaminate the island, and reported that a "team
of microbiologists from two universities" had landed on the island
with the aid of local people and collected 300 lbs of soil. The
group threatened to leave samples of the soil "at appropriate
points that will ensure the rapid loss of indifference of the
government and the equally rapid education of the general public".
The same day a sealed package of soil was left outside the
military research facility at Porton Down; tests revealed that it
contained anthrax bacilli. A few days later another sealed
package of soil was left in Blackpool, where the ruling
Conservative Party was holding its annual conference. The soil did
not contain anthrax, but officials said that the soil was similar to
that found on the island.[10]
Bioterrorismo bello e buono !
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Decontaminazione - cautele
Per agire in zone contaminate da
agenti biologici occorrono
cautele particolari
Presidi personali di protezione
Vestizione
Lavaggio
Svestizione
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La forma clinica che si teme a
seguito di un attacco massiccio,
per aerosolizzazione delle spore
carbonchiose, è il
Carbonchio da inalazione
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Nature. 2001 Nov 8;414(6860):225-9.
Identification of the cellular receptor for anthrax toxin.
Bradley KA, Mogridge J, Mourez M, Collier RJ, Young JA.
The tripartite toxin secreted by Bacillus anthracis, the
causative agent of anthrax, helps the bacterium evade the
immune system and can kill the host during a systemic
infection. Two components of the toxin enzymatically
modify substrates within the cytosol of mammalian cells:
oedema factor (OF) is an adenylate cyclase that impairs
host defences through a variety of mechanisms including
inhibiting phagocytosis; lethal factor (LF) is a zincdependent protease that cleaves mitogen-activated protein
kinase kinase and causes lysis of macrophages. Protective
antigen (PA), the third component, binds to a cellular
receptor and mediates delivery of the enzymatic
components to the cytosol. Here we describe the cloning of
the human PA receptor using a genetic complementation
approach. The receptor, termed ATR (anthrax toxin
receptor), is a type I membrane protein with an
extracellular von Willebrand factor A domain that binds
directly to PA. In addition, a soluble version of this domain
P. Urbano
per ilaction
Master in of
Medicina
– 2011
can protect cells from
the
theNBC
toxin.
Sensor To Detect Agents Used
In Biological Warfare
Researchers from the University at Buffalo are developing a handheld sensor
that can detect the presence of toxins potentially used as agents in biological
warfare.
The proposed sensor, which will utilize opticaldetection and chemical-sensing technologies, could be
used in urban, military, industrial and even home
environments,
The sensor will be composed of three
components -- a LED (light emitting diode), a
xerogel-based sensor array and a CMOS
(complementary metal-oxide semiconductor)
detector, commonly used in miniature digital
cameras.
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The test uses a fluorescent 'substrate' to
indicate the activity of lethal factor
protease. Two fluorescent probes are
attached to a synthesized target—a small
peptide that looks like proteins cleaved by
lethal factor in human cells. The cutting of
the target molecule produces a fluorescent
glow.
Proceedings of the National Academy of
Sciences
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Nature. 2001 Nov 8;414(6860):229-33.
Crystal structure of the anthrax lethal factor.
Pannifer AD, Wong TY, Schwarzenbacher R, Renatus M, Petosa C, Bienkowska J,
Lacy DB, Collier RJ, Park S, Leppla SH, Hanna P, Liddington RC.
Lethal factor (LF) is critical in the pathogenesis of anthrax. It
is a highly specific protease that cleaves members of the
mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK) family
near to their amino termini, leading to the inhibition of one
or more signalling pathways. LF comprises four domains:
domain I binds the membrane-translocating component of
anthrax toxin, the protective antigen (PA); domains II, III
and IV together create a long deep groove that holds the
16-residue N-terminal tail of MAPKK-2 before cleavage.
Domain II resembles the ADP-ribosylating toxin from
Bacillus cereus, but the active site has been mutated and
recruited to augment substrate recognition. Domain III is
inserted into domain II, and seems to have arisen from a
repeated duplication of a structural element of domain II.
Domain IV is distantly related to the zinc metalloprotease
family, and contains the catalytic centre; it also resembles
domain I. The structure thus reveals a protein that has
evolved through a process of gene duplication, mutation and
fusion, into an enzyme
with
unusual
specificity.
P. Urbano
per il high
Master inand
Medicina
NBC – 2011
Avanzamento conoscenze
Recenti indagini hanno
chiarito le tappe della
sporogenesi e identificato le
circa 750 proteine che si
Spora di B
anthracis, 92,000x
ritrovano nelle spore
•L’Istituto per la Ricerca Genomica (TIGR) di Rockville,
Md, ha sequenziato l’intero genoma del B. anthracis, e ha
poi creato una micromatrice che lo rappresenta tutto, per
indagare l’attivazione sequenziale dei geni durante la
sporogenesi.
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Avanzamento delle
conoscenze
To detect the presence of the toxins, the researchers
will produce sensors called Protein Imprinted Xerogel
with Integrated Emission Sites (PIXIES). Within the
PIXIES, a tiny fluorescent dye molecule is placed within
the xerogel's imprint sight. The PIXIES then are placed
atop the LED, which is used to stimulate the fluorescent
dye to emit light.
The fluorescent molecule is sensitive to the presence of
other molecules in its immediate environment. Thus, when
the target toxin is recognized by the PIXIES, the
fluorescent molecule will change its light intensity
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"MASTER SWITCH." Another
microbial enzyme, known as DNA
adenine methylase (DAM), is the target
of Remedyne Corp., a startup founded
by scientists at the University of
California, Santa Barbara. The
researchers discovered that DAM is a
"master switch" that controls more
than 20 genes that are critical to many
bacteria's ability to infect their hosts.
When they engineered bacteria with a
defective form of DAM, the virulent
bugs turned into pussycats: They
survived -- but they couldn't cause
disease.
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Darrell Galloway, a microbiologist at Ohio State
University, and colleagues at the National Institutes
of Health and the Naval Medical Research Center,
isolated the DNA from three genes that work in
concert to create the deadly cascade of toxins
secreted by anthrax bacteria. Using viral carriers,
called plasmids, they incorporated these genetic
snippets into the cells of healthy mice.
When the treated mice were injected with five times
the lethal dose of the anthrax bacterial toxin, those
that received the plasmid injections were immune.
Every animal in the control group died within hours.
Moreover, the Ohio State team, in collaboration with
scientists from researcher Battelle Group, have shown
that the vaccine protects against aerosol-delivered
anthrax -- the most deadly form -- more than a year
later.
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Antibodies are the key to a third strategy being
developed by EluSys that sops up microorganisms
or toxins and ferries them out of the body. The
tricky molecules, which the company calls
Heteropolymer (HP) technology, consist of two
antibodies that are chemically bound together.
One attaches the molecule to a red blood cell,
the other is designed to bind to the biowar agent,
such as the anthrax toxin. The immobilized
biowar agents then get a ride on the red blood
cells to the liver, where they are destroyed. "It's
like two-sided sticky tape," explains George L.
Spitalny, the company's vice-president for R&D.
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Falsi allarmi dopo veri casi
EID,
Volume 9, Number 4, April 2003
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Carbonchio
Anthrax FAQ, 2005
Anthrax as a Biological Weapon, 2002: Updated Recommendations for
Management
[JAMA 287(17),2002]
Anthrax as a Biological Weapon: Medical & Public Health Management
(1999)
[JAMA 281(18),1999]
Anthrax Fact Sheet, 2002
Anthrax Fact Sheet, 1999
Anthrax Bibliography
Considering Anthrax Vaccine for Post- Exposure Prophylaxis
Slides Presented at Meeting on Anthrax Vaccine, National Academy of
Sciences, December 15, 2001
Clinical Anthrax: Primer for Physicians
Case Studies of Bioterrorism-Related Inhalational Anthrax
FAQ: Environmental Detection of Anthrax
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ROC
per
Carbonchio
EID, Volume 10, Number 1, January 2004
P. Urbano per il Master in Medicina NBC – 2011
Master in Medicina NBC - 2011
Grazie dell’attenzione
Domande?