Een aanval met chemische wapens waarbij meer dan 80 mensen omkwamen, inclusief kinderen, leidde tot de recente raketaanvallen van de regering-Trump op de Syrische regering. Het gebruik van illegale zenuwgas – blijkbaar door het regime van Assad – was in strijd met het internationaal recht; President Trump zei dat hij tot handelen werd bewogen door beelden van de gruwelijke dood van de slachtoffers.

Maar er is een andere manier om het gevaar van chemische wapens te verminderen. Deze route ligt binnen de domeinen van de wetenschap - dezelfde wetenschap die in de eerste plaats chemische wapens produceerde. Onderzoekers in de VS en over de hele wereld, waaronder hier bij het Institute for Protein Design van de Universiteit van Washington, ontwikkelen de instrumenten die nodig zijn om zenuwgassen snel en veilig te vernietigen - zowel in opslagfaciliteiten als in het menselijk lichaam.

zenuw agenten, een klasse van synthetische fosforhoudende verbindingen, behoren tot de meest giftige stoffen die bekend zijn. Een korte blootstelling aan de meest krachtige varianten kan binnen enkele minuten tot de dood leiden. Zodra zenuwgassen het lichaam binnenkomen, ze remmen onomkeerbaar een vitaal belangrijk enzym, acetylcholinesterase genaamd. Zijn normale taak binnen het zenuwstelsel is om hersenen en spieren te helpen communiceren. Wanneer een zenuwgas dit enzym uitschakelt, klassen van neuronen in het centrale en perifere zenuwstelsel raken snel overprikkeld, wat leidt tot overmatig zweten, stuiptrekkingen en een ondraaglijke dood door verstikking.

Chemische wapens worden vaak geassocieerd met oorlogen van de vorige eeuw – mosterdgas in WOI, Zyklon B in de Tweede Wereldoorlog. Maar de slechtste variëteit, zenuwgassen, werden nooit ingezet in de wereldoorlogen, hoewel nazi-wetenschappers de eerste generatie van deze verbindingen ontwikkelden. Gerard Schrader, de zogenaamde vader van zenuwgassen, begon zijn leven niet als nazi-wetenschapper - hij ontwikkelde nieuwe pesticiden om de honger in de wereld te bestrijden toen hij per ongeluk het eerste organofosfor-zenuwmiddel synthetiseerde. Later, hij leidde het onderzoeksteam dat sarin produceerde, of GB, de meest giftige van alle zogenaamde G-serie zenuwgassen. De Amerikaanse regering verklaarde met "zeer veel vertrouwen" dat sarin werd gebruikt bij de recente aanval in de buurt van Idlib, Syrië.

Vanaf 2013 teams van de Organisatie voor het Verbod op Chemische Wapens gingen naar Syrië en, met hulp van de Deense, Noors, Russisch, Chinese en Amerikaanse regering, vernietigde alle aangegeven voorraden Syrische chemische wapens. Het lijkt erop dat ofwel niet alle voorraden van Assad zijn aangegeven en vernietigd, of dat er in de tussenliggende jaren nieuwe zenuwgassen in Syrië zijn aangekomen – hetzij via de zwarte markt, hetzij via chemische synthese.

Opruimen van chemische wapens

Chemici van de eenentwintigste eeuw, biochemici en computerwetenschappers werken momenteel om chemische wapens van hun gruwelijke kracht te ontdoen door tegenmiddelen te ontwerpen die ze veilig en efficiënt vernietigen.

Sarin die in een container zit - in tegenstelling tot in een menselijk lichaam - is relatief eenvoudig te vernietigen. De eenvoudigste methode is om een ​​oplosbare base toe te voegen en het mengsel te verwarmen tot bijna kooktemperaturen. Na een paar uur, de overgrote meerderheid - meer dan 99,9 procent - van de dodelijke verbinding kan worden afgebroken door een proces dat hydrolyse wordt genoemd. Zo ontdoen getrainde specialisten zich van chemische wapens zoals sarin.

Zenuwmiddelen die hun weg vinden in het lichaam is een ander verhaal. Voor starters, je kunt duidelijk geen bijna kokende basis aan een persoon toevoegen. En omdat zenuwgassen zo snel doden, elke behandeling die uren duurt om te werken, is een nonstarter.

Er zijn chemische interventies om de dood af te wenden na blootstelling aan bepaalde chemische wapens. Helaas, deze ingrepen zijn kostbaar, moeilijk goed te doseren en zijn zelf behoorlijk giftig. De chemische antidota pralidoxime en het goedkopere atropine werden ingezet na recente aanvallen in Syrië, maar artsen in het gebied maken zich zorgen dat hun slinkende voorraden weinig bescherming bieden tegen mogelijke toekomstige aanvallen.

Om een ​​medische interventie te laten werken na blootstelling aan zenuwgas, het moet snel werken. Als een eerstehulpverlener een sarin-vernietigend molecuul toedient, elk therapeutisch molecuul moet in staat zijn door hydrolyse honderden zenuwgasmoleculen per seconde af te breken, de een na de ander.

enzymen, de genetisch gecodeerde katalysatoren van de biologie, zijn klaar voor een dergelijke taak. Bekende enzymen zijn lactase, die melksuikers afbreekt bij mensen die lactosetolerant zijn. Een ander bekend als RuBisCO is van vitaal belang voor het proces van koolstoffixatie in planten. De meest efficiënte enzymen in uw lichaam kunnen een miljoen reacties per seconde uitvoeren, en doe dit onder chemisch milde omstandigheden.

Afgezien van hun verbazingwekkende snelheid, enzymen vertonen vaak een even indrukwekkende selectiviteit. Dat is, ze reageren met slechts een klein aantal structureel vergelijkbare verbindingen en laten alle andere verbindingen met rust. Selectiviteit is nuttig in de context van de chemische soep die de cel is, maar problematisch als het gaat om xenobiotica:die verbindingen die vreemd zijn aan iemands biologie. Door de mens gemaakte organofosfaten zoals sarin zijn xenobiotica. Er zijn geen enzymen die ze goed hydrolyseren - dat dachten we tenminste.

Als boeren pesticiden sproeien, veel ervan komt op de grond terecht. Bodembacteriën die in de buurt leven, worden uitgedaagd door hoge doses van deze krachtige vreemde chemicaliën. Het blijkt dat daardoor recentelijk efficiënte ontgiftende enzymen in sommige van deze microben zijn geëvolueerd.

Wetenschappers hebben een klein aantal van deze enzymen geïdentificeerd en geïsoleerd en getest op een reeks vervelende verbindingen, inclusief zenuwgassen, die qua structuur vergelijkbaar zijn met sommige pesticiden. Een select aantal vertoonde inderdaad hydrolytische activiteit.

Verbetering van de ontdekking

Onderzoekers hebben deze natuurlijk voorkomende enzymen als grondstof genomen. Vervolgens, met behulp van computermodellering en gecontroleerde evolutie in het laboratorium, we hebben de efficiëntie van de oorspronkelijk gevonden enzymen tegen zenuwen versterkt. Enzymen die aanvankelijk slechts een bescheiden activiteit vertoonden, zijn omgezet in potentiële therapieën tegen VX - een chemisch neefje van sarin en het meest giftige zenuwgas van allemaal.

In een proof-of-concept-onderzoek dat eind 2014 gezamenlijk werd uitgevoerd door onderzoekers in Duitsland en Israël, cavia's onder narcose werden blootgesteld aan dodelijke doses VX, gevolgd door geoptimaliseerde VX-vernietigende eiwitten. Lage doses van het eiwitgeneesmiddel, zelfs na een vertraging van 15 minuten, resulteerde in overleving van alle dieren en slechts matige toxiciteit.

Ondanks deze veelbelovende vorderingen, er bestaat nog geen enzym dat efficiënt genoeg is voor levensreddend gebruik bij mensen. Wetenschappers verfijnen deze microscopische machines, en nieuwe paradigma's in computerondersteunde eiwittechnologie openen de deur naar deze en andere toepassingen van biomoleculair ontwerp. We zijn misschien nog maar een paar jaar verwijderd van de ontwikkeling van het soort therapieën dat chemische wapens tot een zorg uit het verleden zou maken.

Terwijl de wereld treurt over de laatste aanslagen in Syrië, het is de moeite waard om de ontzagwekkende en vaak complexe kracht van de wetenschap in gedachten te houden. Bij het bestrijden van honger, men zou per ongeluk de vloeibare dood kunnen uitvinden. Bij het bestuderen van bodemmicroben, men zou een hulpmiddel kunnen ontdekken om wreedheden te voorkomen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.