Beestachtig

Biologische en chemische wapens zijn moeilijk snel op te sporen. Eigenlijk kunnen alleen insecten het goed. Hun neuronen komen daarom op een detectiechip.

De kanarie in zijn kooitje in de loopgraaf die bij een gasaanval als eerste het loodje legt en daarmee iedereen waarschuwt, wordt in de toekomst een sluipwespje, een getrainde bij, of een detectiechip met gekweekte insectenneuronen. Insecten, of hun geïsoleerde doorgekweekte reukzenuwcellen zijn uitstekende en vooral snelle detectoren voor nucleaire, biologische en chemische (NBC-)wapens.

Sluipwespen herkennen een hele reeks chemicaliën. En dat lukt de diertjes al als de stoffen in uiterst lage concentratie temidden van erg veel andere deeltjes in de lucht zweven. De strijdgasdetectoren die tien jaar geleden in de Golfoorlog dienst deden raakten van slag door de rook van de brandende oliebronnen. ``Insecten kunnen meer dan ieder door mensen gemaakt detectiesysteem,'' schrijven onderzoekers van de universiteit van Illinois op de website van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). DARPA financiert onderzoek van het Amerikaanse ministerie van defensie. Behalve gewoon, op korte-termijnresultaten gericht ontwikkelingswerk stimuleert DARPAonderzoek dat op de verre toekomst is gericht en waarvan zowel de faalkans als de mogelijke opbrengst erg groot zijn. Bij succes kunnen de traditionele militaire uitrusting en operaties dramatisch van karakter veranderen.

Het DARPA-onderzoek leist tot bestialisering van het slagveld. Of althans tot sterke integratie van dierlijke zenuwbundels en plakjes hersenweefsel met de micro-elektronica die het strijdtoneel nu beheerst. Het gaat dan bijvoorbeeld om de beïnvloeding van de vliegrichting van insecten met geurstoffen.

Maar hoog op de prioriteitenlijst van DARPA staat snelle detectie van NBC-wapens met biologische methoden, vooral omdat dat op het ogenblik nog slecht lukt. Want hoe uiteenlopend NBC-wapens ook zijn, hun gemeenschappelijk doel is de vernietiging van de levende cel. Levende cellen zijn daarom, andersom geredeneerd, de beste detectoren om gifgassen, ziekmakende bacteriën en virussen en radioactieve materialen te detecteren.

Jerry Bromenshenk krijgt DARPA-subsidie voor de inzet van honingbijen voor defensiedoeleinden. Op DARPA's website beschrijft hij zijn project `Gemanipuleerde bijenkolonies: een platform voor het opsporen van schadelijke stoffen.' Bijen zijn fantastische verzamelaars van sporenelementen, sommige radioactieve stoffen en van industriële en landbouwchemicaliën. Dat bleek bijvoorbeeld na de ontploffing van de kerncentrale in Tsjernobyl toen de Nederlandse heidehoning een tijdlang een hoge concentratie radioactief cesium bevatte. Bromenshenk, verbonden aan de universiteit van Montana, wil bijen trainen op het herkennen, opsporen en aanwijzen van voor mensen gevaarlijke chemicaliën in strijdgassen en biologische wapens. Als dat lukt kunnen bijen, in plaats van alleen maar een stof te signaleren, misschien ook wel op zoek naar de verspreidingsbron. En wellicht kunnen er uiteindelijk (bio)sensoren in de diertjes worden ingebouwd zodat het arsenaal te detecteren stoffen wordt uitgebreid.

Het onderzoek naar de detectie van chemische en biologische wapens gebeurt in defensielabs, of in opdracht van defensie. Maar het zijn op het ogenblik vooral burgers die zich zorgen maken. Vorige week stonden sproeivliegtuigen die aërosolen met dodelijke bacteriën rondsproeien in de belangstelling. Deze week waren de miltvuurbrieven in het nieuws. Het geeft aan dat detectiesystemen zowel boven een hele stad als in de postkamer van ieder bedrijf moeten kunnen werken.

duits cadeau

Militairen hebben het wat dat betreft makkelijker. Die werken meestal in de open lucht. In de Golfoorlog hadden de Amerikaanse strijdkrachten 60 rijdende veldlaboratoria die nucleaire, biologische en chemische strijdmiddelen konden detecteren. Deze Fox NBC Herkenningsvoertuigen waren een geschenk van het Duitse leger, dat ze als Fuchs, maar met andere detectie-apparatuur aan boord had gemaakt voor gebruik op het slagveld van de Noord-Duitse laagvlakte.

De drie laboranten aan boord van de Fox (het is een tot lab verbouwde, veelgebruikte gepantserde legerauto) kunnen een snuffelpaal het werk laten doen, maar kunnen ook zelf water- of grondmonsters nemen en die analyseren.

De kern van de analyse-apparatuur in de Fox is een massaspectrometer. In zo'n apparaat worden moleculen in een voorbewerking geïoniseerd en gefragmenteerd. Daarna worden kleine hoeveelheden een vacuümkamer ingespoten die tussen twee forse magneetpolen staat. De ionen beschrijven daarin (volgens de wetten van het elektromagnetisme) een halve cirkel, waarvan de straal afhangt van de massa van het geladen deeltje. Een rij detectoren registreert waar de deeltjes terecht komen. Daarmee zijn de fragmenten gekarakteriseerd. Ieder molecuul laat zo in de massaspectrometer een soort vingerafdruk achter van de deeltjes waarin het tijdens de voorbewerking in is uiteengevallen. De Fox kan in het terrein snel bepalen of er NBC-wapens zijn gebruikt omdat de boordcomputer weet welke karakteristieke patronen de bekende zenuwgassen, biologische toxinen of zelfs bacteriën in de massaspectrograaf achterlaten. Zolang de lucht niet met te veel andere moleculen is verontreinigd.

De Fox slaat namelijk vals alarm als hij door wolken gewone oplosmiddelen, insecticiden, traangassen, dieseluitlaatgassen, rook van explosieven en van oliebranden rijdt. Toen de oliebronnen in Koeweit eenmaal in brand stonden was de lucht er zo vies dat de zestig Foxen geen strijdgassen, bacteriën of virussen konden opsporen.

De conventionele opvolgers van de Fox hebben nog steeds moeite met verontreinigingen. Er zijn tal van detectiesystemen paraat en er zijn er nog veel meer in ontwikkeling. De meesten hebben de massaspectrometer als hart. Vaak in combinatie met de gaschromatograaf die eerst mengsels van deeltjes uit elkaar haalt zodat er niet te veel verschillende moleculen tegelijk in de massaspectrometer terecht komen. Ook zijn er diverse methoden om de grote bacteriën en virussen te verkleinen tot kleinere, nog steeds kenmerkende brokstukken. Zo kunnen ze door dezelfde detectoren worden gekarakteriseerd die ook de kleine moleculen van de strijdgassen detecteren. De bestaande detectiesystemen grijpen allemaal terug op standaard laboratoriummethoden om kleine zenuwgasmoleculen, de grotere moleculen van bacteriële toxinen, nog forsere virussen en (daarbij vergeleken) reusachtige bacteriën op te sporen. De combinatie in één apparaat geeft echter problemen, de `vervuiling' door andere moleculen verstoort de nauwkeurigheid en de analyse duurt vaak te lang. Het identificeren van bacteriën in het ziekenhuislab duurt, ook bij bacteriën die levensbedreigende ziekten veroorzaken, vaak nog één of twee dagen. Dokter en patiënt kunnen daar niet op wachten. De dokter geeft die ene patiënt vast antibiotica. Maar wanneer een sproeivliegtuigje over een stad scheert en een dreigende wolk achterlaat, is de antibioticavoorraad snel uitgeput.

dna in de stad

Meetsystemen die de lichtverstrooiïng aan waterdruppeltjes tot op 30 kilometer kunnen meten, kunnen aan de rand van iedere stad bijzondere, door machines geproduceerde druppeltjeswolken detecteren. Maar dan is nog niet bekend of er ziekmakende bacteriën in zitten. Snelle analyses op het niveau van het erfelijk materiaal van de bacteriën (PCR-analyse van DNA, DNA-chips) zijn in het lab goed mogelijk, maar uitsluitend in een omgeving waar geen ander DNA aanwezig is. En dat is op het slagveld niet het geval, in de stad niet, in de postkamer niet en ook niet rond het toetsenbord van redacteuren van roddelbladen. Een detector die een miltvuuraanslag op redactieburelen in Florida tijdig aangeeft is er nog lang niet.

Onderzoekers kijken met jaloezie naar sluipwespen, bijen en motten die aan uiterst geringe concentraties lokstoffen, temidden van miljoenen keren hogere concentraties van andere stoffen, genoeg hebben om over grote afstanden een partner te vinden. Daardoor zijn die dieren ook zo'n gewilde partner voor de visionaire onderzoekers die NBC-wapens willen detecteren, eventueel nemen de onderzoekers genoegen met alleen de losse zenuwbundels van de diertjes, passen de molecuulherkenning aan en monteren de cellen op micro-electronica die snel een alarmsignaal afgeeft.