Identification of biological threat agents in the environment and its challenge

Abstract

A release of pathogenic microorganisms may result in infections either in humans or animals, in which the development of clinical symptoms may be the first alert of a biological incident. Rapid, reliable and efficient identification methods must, thus, be in place for both clinical and environmental samples containing biological threat agents, also for forensic purposes. This report provides an overview of detection and identification methods of biological threat agents in the environment with emphasis on air, as well as the challenges posed to sampling and sample processing that may have an impact on the identification analysis. The persistence of the released biological agents may vary between the agents, and must be addressed when performing the identification analysis. The Norwegian Defence Research Establishment (FFI) has focus on sampling, sampling processing and analysis of biological threat agents in the environment in which this work is based on the NATO Handbook for Sampling and Identification of Chemical and Biological Agents (SIBCA), also known as the AEP-10 document. FFI’s involvement in biological preparedness is outlined in the last section of this report. Civilian authorities, institutes and defence laboratories involved in national preparedness, response and analytical capabilities may act as reach-back facilities and support SIBCA missions when needed. The AEP-10 guideline distinguishes between provisional, confirmed and unambiguous identification. FFI is capable of both provisional and confirmed identification of selected biological threat agents per June 2008. An element in reducing the biological threat and improving biological preparedness is the capability in detecting biological threat agents prior to the development of clinical symptoms. Several detectors monitoring biological particles in air are commercially available or are currently at an R&D level. All biological detection and sampling equipment must be tested and evaluated in chamber and field trials prior to use in real-time situations. The lack of such trials will lead to commercialized unreliable equipment possessing an increased false alarm rate. National biological preparedness and response depend on a combined joint effort among military and civilian agencies, institutes and organizations, including detection and identification of biological threat agents of both clinical and environmental samples. Regardless of an intended or natural outbreak of a disease caused by biological threat agents, preparedness needs to be established prior to such an event. Post-preparedness planning may in some cases be too late.

Et intensjonelt utslipp av biologiske trusselstoffer, eller et naturlig utbrudd, kan være vanskelig å oppdage og i de fleste tilfellene vil utvikling av sykdomssymptomer hos de eksponerte være den første indikatoren på en slik hendelse. Dette krever årvåkenhet hos medisinsk personell. Et ledd i å forbedre den biologiske beredskapen, er å kunne raskt og pålitelig detektere biologiske trusselstoffer for å begynne den medisinske behandlingen så tidlig som mulig og for å kunne initiere de nødvendige beskyttelsestiltakene. Etter et utslipp av biologiske trussetstoffer er det nødvendig med prøvetaking av de eksponerte (kliniske prøver) og av områdene som er blitt kontaminert (miljøprøver), etterfulgt av spesifikke analyser for å kunne identifisere de biologiske trusselstoffene. Ulike miljøfaktorer vil kunne påvirke overlevelsen av de forskjellige trusselstoffene deponert i miljøet. I tillegg er prosesseringen av komplekse prøvematrikser en faktor som kan være en utfordring for identifiseringsanalysen. FFI benytter bl. a. NATOs ”Handbook for Sampling and Identification of Chemical and Biological agents” som retningslinjer for analysering av biologiske trusselstoffer. Denne rapporten beskriver ulike metoder for både deteksjon og identifikasjon av biologiske trusselstoffer, med fokus på luft, samt faktorer som kan påvirke mikroorganismens overlevelse i miljø og utfordringer som følger biologiske deteksjons- og identifikasjonsanalyser. Detektorer av biologiske trusselstoffer i luft er kommersielt tilgjengelige, men det er helt essensielt at slike testes og evalueres under kontrollerte betingelser i testkammer og i felt for vurderinger av evt. falske alarmer som kan oppstå. FFI har fokus på prøvetaking, prosessering av prøven og påvisningsanalyse av biologiske trusselstoffer i miljøprøver, og per juni 2008 har FFI mulighet til å utøve både foreløpig og bekreftende identifisering av enkelte utvalgte biologiske trusselstoffer. Et effektivt nasjonalt biologisk beredskapssystem er avhengig av et koordinert samarbeid mellom departementer, etater, direktorater, institutter og instanser involvert i beredskapsarbeid, både militært og sivilt. Et godt gjennomført nasjonalt beredskapssystem er også formålstjenelig for beredskapssystemet i Europa og NATO.